【摘 要】
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化工技术的产生与发展是人类社会生存和发展的基础,也带动了经济的高速发展。但化石燃料的大量使用给环境带来了严重的污染。氢气作为一种重要的低碳能源,燃烧过程绿色无污染,可代替化石能源,有助于“碳达峰和碳中和”目标的实现。电解水制氢是一种有效的制氢方式。目前在制备双功能碱性析氢反应和析氧反应电催化剂方面取得了一定的进展,但所制得的催化剂价格昂贵且难以在大电流密度下长久有效的运行,阻碍了它们的实际应用。因
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化工技术的产生与发展是人类社会生存和发展的基础,也带动了经济的高速发展。但化石燃料的大量使用给环境带来了严重的污染。氢气作为一种重要的低碳能源,燃烧过程绿色无污染,可代替化石能源,有助于“碳达峰和碳中和”目标的实现。电解水制氢是一种有效的制氢方式。目前在制备双功能碱性析氢反应和析氧反应电催化剂方面取得了一定的进展,但所制得的催化剂价格昂贵且难以在大电流密度下长久有效的运行,阻碍了它们的实际应用。因此,研发兼具高稳定性和高活性的价格低廉的双功能电催化剂,并将其用于水分解具有重要意义。本论文采用泡沫镍为基底,通过负载Ru纳米颗粒来提高其催化析氢和析氧的活性和稳定性,实现了该催化剂的长效稳定运行。主要研究内容为:（1）通过一步浸渍法制备了Ru纳米粒子嵌入Fe-Ni（OH）2纳米片上的RuFe@NF双功能电催化剂。RuFe@NF电催化剂展示了优异的HER和OER双功能催化特性。在1 M KOH的析氢反应中,产生10 mA cm-2的电流密度需要28 mV的过电位;在1 M KOH的析氧反应中,产生50 mA cm-2的电流密度,只需265 mV的过电位。（2）将RuFe@NF作为双功能催化剂在碱性电解槽中分别作为阴极和阳极进行水裂解,仅需1.54 V的低电位便可提供10 mA cm-2电流密度。此外,RuFe@NF催化剂在100 mA cm-2的电流密度下,可以稳定运行超过680 h。然而“Pt/C||IrO2”电极对在50 mA cm-2的电流密度下仅能运行36 h后,之后电压明显变大。RuFe@NF催化剂的优异电化学性能主要归因于该催化剂集HER和OER活性位点于一体,而且原位生长形成的三维网状结构有利于提高电子运输,从而实现了该催化剂的高活性和高电流密度下的长效稳定性。该工作为工业上制备高效率且长久有效的双功能电催化剂提供了参考。
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