过渡金属磷化物用于双功能催化剂的研究

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作为人类共同关心的话题,能源的发展速度和程度对人类社会的发展和文明的进步都有很大的影响。由于现如今人类使用的不可再生的化石燃料日渐枯竭且易引起环境污染与温室效应,因此,清洁、无污染、可再生的氢可以用来作为取代化石燃料的能源。而电解水作为制氢的一种重要技术,已经得到了研究者的广泛关注。析氧反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)和析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)为电解水反应中的两个半反应,现在有许多研究已经开发出了分别催化OER和HER的催化剂,但是系统复杂、成本较高,因此开发出催化OER和HER的双功能催化剂很有必要。本文以碳毡(Carbon Felt,CF)为基体使用化学镀法在其上沉积非晶态的Ni-P和NiCo-P化合物,通过对不同沉积时间获得的催化剂催化OER和HER的催化活性的比较,发现沉积时间为20 min的催化剂Ni-P/CF具有最优的催化OER和HER的催化活性。使用相同条件在CF上沉积NiCo-P化合物,得到催化剂NiCo-P/CF,电化学结果表明,该催化剂催化OER和HER的催化活性较Ni-P/CF更高,可以用作催化电解水电极反应的双功能催化剂。使用电镀法在CF上沉积非晶态的Ni-P和NiCo-P化合物,通过比较不同沉积电压和时间得到的催化剂催化OER和HER的催化活性,发现沉积电压为3 V、沉积时间为20 min的催化剂Ni-P/CF-E具有最优的催化活性。使用该条件在CF上沉积非晶态的NiCo-P化合物得到催化剂NiCo-P/CF-E,电化学结果表明,该催化剂较催化剂Ni-P/CF-E来说,其催化OER和HER的催化活性更高,同时其稳定性也较好。对于催化OER来说,该催化剂在电流密度为10 mA/cm2时,对应的电压为1.422 V(vs.RHE),低于贵金属RuO2所对应的电压值;对于催化HER来说,该催化剂在电流密度为-10 mA/cm2时,对应的电压为-0.210 V(vs.RHE)。说明了其用作催化电解水电极反应的双功能催化剂具有优异的催化及稳定性,在日后的生产应用上有很大的前景。
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