【摘 要】
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清洁高效的氢能有望成为新能源。电解水制氢技术成熟,过程中不产生污染环境的物质,有广阔的应用前景。电解水过程中,电极极化使电解装置需要的电压升高增加了电解水的成本,所以需要迫切寻求一种高效的催化剂来降低电极极化。目前商用的催化剂多为贵金属催化剂,这会进一步增加催化剂成本。目前研究热点集中在研发一种高性能、稳定且廉价的非贵金属催化剂。但是析氢催化剂和析氧催化剂最佳工作区间不相同会导致电解水装置成本增加
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清洁高效的氢能有望成为新能源。电解水制氢技术成熟,过程中不产生污染环境的物质,有广阔的应用前景。电解水过程中,电极极化使电解装置需要的电压升高增加了电解水的成本,所以需要迫切寻求一种高效的催化剂来降低电极极化。目前商用的催化剂多为贵金属催化剂,这会进一步增加催化剂成本。目前研究热点集中在研发一种高性能、稳定且廉价的非贵金属催化剂。但是析氢催化剂和析氧催化剂最佳工作区间不相同会导致电解水装置成本增加,双功能催化剂可以在同一个环境下同时催化HER和OER,这可以很好解决这个问题。本文制备了环四磷酸钴负载的泡沫镍电极(Co2P4O12/NF)和氧化钼复合环四磷酸钴的泡沫镍电极(MoOx@Co2P4O12),并进行材料表征和电化学表征,探究其作为双功能催化剂的潜力。通过水热法和低温磷化法在泡沫镍基底上生长Co2P4O12纳米线,在1 MKOH的溶液中表现出了优秀的双功能活性。在HER反应中,仅需122 m V过电位就可以达到10 m A·cm-2的电流密度。在OER反应中,仅需334 m V过电位就可以达到15 m A·cm-2的电流密度。这主要归因于泡沫镍基底对纳米棒团聚的抑制作用和P原子掺入使电子结构的调整促进氢原子的吸附。通过在水热过程中加入仲钼酸铵形成MoOx@Co2P4O12复合材料。MoOx@Co2P4O12呈三维片层结构生长在泡沫镍表面。MoOx复合后材料的双功能催化性能得到进一步提升,85 m V的过电位就能达到10 m A cm-2。在290 m V的过电位下,电极就能达到15 m A cm-2的电流密度。组装的碱性电解池可以在1.61V的电压下,稳定工作30 h。复合材料优异的HER性能主要归因于氧空位对于OH-的吸附促进氢原子与活性位点的结合,OER性能的提升归因于Mo6+促进羟基氧化钴的形成。同时,独特的三维片层结构有助于暴露更多的活性位点和反应过程中的气体释放。
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