论文部分内容阅读
氢能具有较高的能量密度,被认为是一种具有发展潜力的能源并有望替代化石燃料。通过电解作用将水分解成氢和氧是低成本制备高纯度的氢气最有有效的方法之一。水分解反应可以分解成两个半反应:析氧反应（OER）和析氢反应（HER）。这两个反应对水分解反应的整体效率至关重要。OER涉及到四个电子的转移过程,动力学过程缓慢,严重的影响了水分解整体工艺的效率,阻碍了电解水制氢在商业上大规模的应用。因此,迫切需要开发高效稳定的OER电催化剂来改善反应动力学和水电解效率。氧化铱（IrO2）和二氧化钌（RuO2）是目前最好的OER催化剂,其具有较小的过电位和塔菲尔斜率。然而,低的储存量和高的成本极大地限制它们在商业上的广泛应用。因此,为了取代这些昂贵的催化剂,大量的努力一直致力于设计、合成可替代的低成本、高活性和高稳定的过渡金属元素OER电催化剂。在碱性介质中,钴基OER催化剂是是电解工艺中具有发展潜力的水氧化催化剂。本文以含过渡金属Co的前驱体为原料,采用简单常用的材料制备方法合成出结构新颖、性能优异的四氧化三钴纳米线（Co3O4 NW）和多孔核壳多级结构氧化钴纳米线（CoOx-PHCS）,并研究了其形貌结构和析氧性能,主要研究结果如下:（1）本文以碳纤维纸（CFP）为导电基体,通过水热合成法和空气退火将Co3O4 NW成功生长在CFP上。合成的CFP-Co3O4 NW电极表现出优秀的OER催化活性,其具有较低的起始电位（1.52 V vs.RHE）,在电流密度为10 mA cm-2时具有较小的过电位330 mV,Tafel斜率为60 mV dec-1。此外,在碱性媒介中Co3O4 NW可以保持较高电催化活性至少24 h。CFP-Co3O4 NW较高的催化活性可归因于三个方面:CFP高的导电性,Co3O4 NW粗糙的表面结构以及Co3O4NW和CFP之间紧密的连接。（2）介绍了一种多级结构催化剂CoOx-PHCS的制备方法和OER性能。首先通低温硫化反应将水热生长在CFP上的钴基纳米线转换成CoS2纳米线,然后采用电沉积法在纳米线表面沉积一层Co（OH）2纳米片形成核壳多级结构;最后通过电化学活化作用转变成CoOx-PHCS。在碱性溶液中,CoOx-PHCS样品产生100mA cm-2电流密度时的过电位仅为300 mV,塔菲尔斜率为40 mV dec-1。这个性能要优于商业RuO2和许多已报道的非贵金属OER电催化剂。此外CoOx-PHCS可在较高的电流密度下稳定至少40 h,法拉第电流效率为96%。