当前以化石能源为主的能源体系已经越来越不能满足由于人类社会发展而日益增长的能源需求,同时化石能源燃烧所带来的环境污染、温室效应等全球环境问题也为人类敲响了警钟。因此寻找化石能源的替代品成为当今科学界努力探求的课题之一。氢能是一种可循环、无污染、高能量密度的清洁能源,采用电解水的方式能够清洁高效地获得氢能,而将海水用于电解制氢可以缓解淡水资源紧缺的问题。电解水反应的催化剂与电极材料是当前能源领域的研究热点。析氧反应是电解水重要的半反应之一,在众多高性能析氧反应催化材料中,水滑石是碱性体系中性能较高的材料之一,但其长期稳定性却由于水滑石溶解、基底腐蚀等问题不尽人意。针对以上问题,本课题研究了如何提高水滑石的长期稳定催化性能,并从以下两个方面开展研究和讨论。(1)通过化学气相转化法和随后的电沉积过程在纯净泡沫镍基底表面沉积了一层负载了纳米片状的NiFe-LDH阵列催化剂的掺磷硫化物金属保护层,并用作析氧反应电极。该保护层为导电性良好的斜六方晶型的Ni3S2,其中掺杂有部分磷元素且分布均匀,电镜下表面为大小均一的颗粒物,经电沉积后催化剂均匀覆盖基体表面。SP-3:0.5 Ni foam+LDH电极的催化性能与相同条件下纯净泡沫镍的过电势相当,均为225 mV左右,表明该保护层具有与金属类似的导电性。在含有2 MNaCl的1M KOH溶液中,电极在100mA cm-2的电流密度下可以稳定电解300 h以上,电势变化不超过10 mV。将电极在大电流密度和高浓度盐溶液中进行稳定性测试,电极于400 mA cm-2的电流密度下在含有0.5 M NaCl和2MNaCl的1 MKOH溶液中可分别稳定电解260h和130h。电极具有高稳定性的原因主要归功于特殊的电极保护层,其在阳极氧化时表面会被原位氧化生成硫酸根、磷酸根而排斥氯离子,阻止氯离子对电极基底的侵蚀。本实验也为探究电解咸水制氢的阳极催化电极提供了新思路。(2)通过电沉积方法在泡沫镍表面制备了 NiFe-LDH阵列并用作析氧反应电极,测试不同电流下弱酸盐对NiFe-LDH/Ni foam电极析氧性能的缓冲作用。NiFe-LDH/Ni foam电极的析氧过电势约为220 mV。在100 mA cm-2的电流密度下经100 h测试后,含有碳酸盐的溶液测试前后的电势基本不变,含有磷酸盐的溶液电势变化在10mV以内,两者均有延缓电极性能下降的作用;电流密度为400mA cm-2时,碳酸根的缓冲作用更为优异;而在1000mA cm-2的大电流下经相同条件测试后,含有碳酸盐和四硼酸盐的溶液测试前后电势变化分别为80 mV和110 mV左右,均具有一定的延缓电极性能下降的作用。OER过程会使电极表面溶液层的pH降低从而导致水滑石结构溶解破坏。由于弱酸盐在特定的pH范围内具有缓冲效应,使得表层溶液的pH维持在一定范围内,从而减缓了水滑石结构的破坏,有利于性能的保持。