NiFe双金属氢氧化物的调控合成及其在电化学领域的应用

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:treef620
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
全球经济增长、人口膨胀及工业化带来的能源快速消耗已经给社会环境带来了不同程度的污染。近期,可再生清洁能源开发以及CO2等温室气体的减排开始逐渐成为人们研究的重点。电解水制氢和CO2电催化还原过程是目前解决这两个问题的有效手段。其中,电解水制氢由析氢(HER)和析氧(OER)两个半反应组成,析氧反应为四电子转移过程,从反应动力学角度看较难进行,因此这一研究中亟待寻找高效且价格低廉的稳定的催化剂来加速析氧反应。此外CO2电催化还原过程中,析氧反应也扮演着不可或缺的角色。作为气体溢出反应中的一类,析氧反应过程中会产生大量气泡,反应过程需要较高的过电位,且氧气气泡造成催化剂表面的活性物质的脱落,从而引起的催化剂稳定性衰减等问题,对析氧催化剂提出了更高的要求。常用的催化剂RuO2及Ir02等有着优异的析氧性能,但在电催化过程中易被氧化成Ru04及IrO3而发生溶解,降低了催化稳定性,价格昂贵储量有限因而限制了贵金属类催化剂的大规模工业化应用。近年来,大量研究致力于非贵金属类可替代型催化剂的开发利用,如钙钛矿、尖晶石等金属氧化物,以及过渡系双金属氢氧化物等。过渡金属基催化剂不仅价格低廉,合成工艺也较为简单,还可以在碱性溶液中保持高效的催化效率,是一类良好的电催化材料。在上述众多的OER催化材料中,过渡金属NiFe层状双金属氢氧化物(NiFe水滑石)在电催化析氧反应中展现了优异的催化活性,但NiFe水滑石(NiFe LDHs)催化剂在OER过程中的活性位点及气泡溢出影响还有待于进一步确认,针对以上两个问题,本文从以下两方面开展研究:1基于水滑石层板可调控的优势,我们将Zn2+、Al3+分别引入NiFe LDHs层板,制备NiFeZn及NiFeAl三元水滑石,并尝试利用温和的碱处理的方法,选择性刻蚀Zn、Al,制备了富含Ni-O-Fe及Ni-O-Ni缺陷类水滑石,获得了具有极高析氧活性的缺陷类NiFe LDHs催化剂。通过在0.1 M KOH电解液中进行测试,缺陷类NiFeZn LDHs催化剂暴露了Ni-O-Fe缺陷位,其起峰位仅为190 mV,远优于NiFe LDHs本身的性能,而暴露了 Ni-O-Ni活性位的缺陷类NiFeAl LDHs析氧活性相较于NiFeAl LDHs本身有一定的提升,但并未超过NiFe LDHs。结合密度泛函理论计算,我们进一步验证了这一实验结论,缺陷类NiFeZn LDHs因其暴露了更多Ni-O-Fe活性位而使得OER性能得到显著提升。2通过简单的水热法制备了具有高活性的NiFe LDHs纳米阵列电极,选用碱性测试环境进行OER性能测试,并引入十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)、十二烷基磺酸钠(SDS)等不同电荷类型的表面活性剂对电极进行修饰,研究两类表面活性剂对于OER过程的作用,并原位观测气泡在固液相界面的接触行为以及液相中的粘附行为。其中,电催化氧气析出过程中NiFe LDHs-CTAB体系中气泡尺寸较小且易于脱离电极表面,保证了 NiFe LDHs纳米阵列电极的本征催化活性,同时还提升催化稳定性,揭示了通过引入表面活性剂,调节催化剂固相界面与溶液的气液以及气泡间三相接触线从而改变气体溢出行为,为多类电催化剂在气体溢出反应中的应用提供新的策略。
其他文献
职业教育教学必须建立在职业属性基础之上,它反映在教学中主要体现为专业的教学过程与职业的工作过程的一致性。以模拟公司的形式营造仿真的工作环境,让学生在实践中学习,使
现代汉语中大量量词的使用,给母语为非汉语的人在学习汉语的过程中造成了不小的障碍,如果我们能清晰地认识到汉语量词与英语表量特征词使用中有相似性与差异性,无疑将促进汉语的
以Grignard反应和脱水缩聚的方法合成了一种含恶二唑基团的聚芴型电致发光材料,通过紫外一可见光谱和电化学法得到该材料的能带隙约为2.99eV,最低未占有分子轨道能级约为2.95eV,其
编者按$$2019年,是中国法治建设全面推进、稳健发展的一年,也是法治亮点频现的一年。备受社会关注的未成年人保护法大修,有望实现未成年人的“良法善治”;《优化营商环境条例
报纸
谱系概念的典型代表是光谱。太阳光按频率从低到高,可以分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等连续光谱。互联网金融也是谱系概念。互联网金融谱系的两端,一端是传统银行、证券、保
报纸
<正>革兰氏阴性细菌可以造成机体严重感染,并且极易产生多药耐药性,每年在发达国家会引发数十万的死亡病例,但针对其变异所研制出的新型抗生素却种类有限。金纳米颗粒由于其
提取并纯化多毛橐吾总黄酮,并对其抗炎活性及相关作用机制进行探究。以多毛橐吾为原料,用超声波法提取总黄酮,对超声功率、提取时间、乙醇体积分数、液料比、提取次数5个提取
当前中学语文作文教学效果普遍不佳,大致可归结为几方面因素。一是课程缺少系统性的研究和设计,二是教师在具体的教学中的研究和设计不够。目标的不明确导致语文老师课堂作文
我国煤层气资源相当丰富,煤层气储量世界排名第三、埋深2000m以内资源量为36.8×1012m3,与常规天然气储量相当。开采煤层气有着很重要的实际意义,不仅可以提高煤矿安全指数、
随着社会经济的发展和工业生产水平的不断提高,社会商品贸易中对于货物运输的需求量不断增加。为了提升现代交通物流运转的效率,物流行业的工作人员必须要改变现存的城市交通