第一过渡金属催化剂的制备及其电催化水氧化性能研究

来源 :陕西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yaping3211
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近年来,随着化石能源的日益枯竭及其所带来的环境污染日趋严重,人们急需开发一种清洁、廉价的可再生能源。氢气作为目前最理想的清洁能源,逐渐引起研究人员的关注,而电催化水分解过程是将电能转换成氢能的重要转换形式。析氧反应由于反应动力学缓慢成为整个水分解过程的瓶颈,因此,设计高效的电催化剂来加速反应从而提高能量转换效率显得尤为重要。本文通过研究电催化水分解析氧反应的催化剂,寻求高效、廉价且稳定的催化剂材料。本论文的主要内容包括以下几个方面:1.利用电化学法在泡沫镍基底上制备的Ni-Fe基电极材料用于电催化产氧在含有亚铁离子的NaOAc溶液中,电势范围0-1.3V(vsAg/AgCl)下,以泡沫镍为基底,通过快速、简单且高效的循环伏安法在泡沫镍表面镀上Ni-Fe基薄膜材料。在循环伏安过程中,FeⅡ逐渐被氧化成FeⅢⅢ并均匀地沉积在泡沫镍表层,同时基底的Ni0被氧化成NiⅡ,这确保了金属基底和催化剂之间紧密接触,从而提高电荷转移效率。同时,泡沫镍的良好的导电性和较大的孔洞有利于电子的传输和气泡的释放。实验结果表明,该材料在电催化水氧化过程中显示出高效的催化活性和持久的稳定性,在碱性条件下,催化产氧起始过电位只有240 mV,催化电流达到100 mA cm-2的过电势只有290 mV。2.研究了 CoO纳米颗粒用作电催化产氧催化剂以油酸钠为表面活性剂,通过简单且快速的两相法合成α-Co(OH)2,然后在200℃下煅烧形成均匀分散的CoO纳米颗粒,并研究了其催化水氧化的性质。这种合成方法与传统的高温搅拌法相比条件温和且易操作,为其它过渡金属氧化物纳米颗粒的合成提供了有效的途径。通过电化学方法测定表明热处理后形成CoO纳米颗粒的电化学表面积有了显著提高。实验结果表明,在碱性条件下CoO的Tafel斜率为75 mV dec-1,催化产氧的电流密度为10 mA cm-2时的过电势为312 mV。
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