Fe-Co-S电极的制备及电催化析氧性能研究

来源 :西南石油大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liyongguang9280
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
电催化水解是一种能将电能转化为化学能的可靠技术,它能将太阳能、风能、潮汐能等间歇性能源产生的电能转换为可储存的化学能。在电催化水解技术面临的一系列挑战中,开发出一种具有高活性、低成本和良好稳定性能的催化剂是研究的关键。过渡金属(如Fe,Co)由于自然资源丰富,成本低廉等优点,近年来被广泛研究和报道。其中,过渡金属基硫化物由于电子的独特性和结构的多样性等优点,有望成为一类取代贵金属材料的催化剂。本文利用电化学沉积、电沉积-水热法和电沉积-热处理硫化的方法,制备了 Fe-Co电极和Fe-Co-S电极。通过X射线衍射仪(XRD,X-ray Diffraction)、扫描电子显微镜(SEM,Scanning Electron Microscopy)和 X 射线光电子能谱(XPS,X-ray Photoelectron Spectroscopy)分别表征了它们的结构、形貌和化学态。采用线性扫描伏安法(LSV,Linear Sweep Voltammetry)、循环伏安法(CV,Cyclic Voltammetry)、交流阻抗谱(EIS,Electric Impedance Spectroscopy)、计时电位法(Chronopotentiometry)研究了它们的电催化析氧反应(OER,Oxygen Evolution Reaction)性能。具体的研究内容如下:首先,利用电沉积的方法制备了 Fe-Co电极,重点研究了电沉积的参数条件(电沉积电流密度,电沉积时间,电镀液pH值,Fe/Co摩尔比,不同基底)对样品的结构、形貌、成分和电催化OER性能的影响。XRD与XPS结果表明Fe-Co电极均是由非晶相的铁钴氢氧化物和氧化物组成。在最优电沉积参数条件下(电流密度为30 mA·cm-2,电沉积时间为10 min,pH值为3.8,Fe/Co摩尔比为1:1,基底为碳布)制备得到的Fe-Co电极,SEM表征显示具有球状颗粒形貌,与基底结合较好。在1 M KOH溶液中对该Fe-Co电极进行电化学测试,发现在同组实验中均表现出了最佳的电催化OER性能(电流密度为100 mA·cm-2时,其过电位η100为601 mV)。然后,在最优电沉积参数下利用一步电沉积法制备得到了 Fe-Co-S复合电极,研究了 S的添加量对样品的形貌、成分以及OER性能的影响,通过XPS分析发现Fe-Co-S电极存在金属硫化物。SEM表明在S的添加量为0.5 M时具有“微米花状”的形貌。但S的添加量对样品的OER性能影响并不明显(电流密度为100 mA·cm-2时,其过电位η100为 639 mV)。其次,采用了电沉积-水热法制备了 Fe-Co-S电极,但水热反应反而会使Fe-Co-S电极溶解,降低了材料的OER性能。最后,又通过了电沉积-热处理硫化的方法将S掺杂到Fe-Co电极中,成功地制备了 Fe-Co-S电极。在热处理温度为600℃时,XRD结果表明样品由立方晶体结构的Co9S8和六方晶体结构的Fe7S8组成。SEM显示Fe-Co-S电极具有三维立体的纳米片阵列结构。该电极表现出了优异的OER性能,在电流密度为100 mA·cm-2时,其过电位η100仅为435 mV,比不掺杂S的Fe-Co电极降低了将近170 mV。Tafel斜率也仅为34 mV·dec-1,真实活性表面积(Electrochemical Active Surface Area,ESCA)约为 1583 cm2,Rct 为 2.48Ω·cm2。经过12小时的计时电位测试后,依然保持了良好的稳定性能。
其他文献
全球政府对挥发性有机化合物(VOCs)的排放有着明确的限制,低VOCs的水性聚氨酯(WPU)技术在工业中受到越来越大的重视。石化原料枯竭问题日益严峻,环保可持续的植物基WPU也受到广泛的研究。拥有天然反应位点的植物油可以作为制备WPU的原料。通常的方法是将植物油不饱和脂肪酸链段中的双键环氧化,然后使用胺、酸或醇等亲核试剂对环氧基团进行开环,得到含羟基的多元醇产物。利用醇和酸开环环氧植物油,得到的多
学位
橄榄石结构LiFePO4(LFP)具有成本低、安全性好、环境友好、电压平台稳定等优点,被认为是一种很有前途的正极材料。但是依然存在电子电导率和锂离子扩散速率比较低等缺点。LiFePO4是目前比较常用的正极材料,但是在长周期的循环过程中材料的容量和电压不断的衰减,虽然对LiFePO4应用和研究已经很成熟但是关于容量与电压衰减的机理依然没有很完善的解释。本文将在原子尺度下解释LiFePO4在循环过程中
学位
随着天然气采气工业的发展,天然气开采相继进入后期,注水开采严重,引起气田集输管道结垢问题越来越严重。结垢问题不仅会造成集输管道腐蚀穿孔,还会造成管道截面积减小甚至堵塞管道,造成气田生产作业严重的经济损失。本文在充分调研国内外关于多种材料结垢机理研究的文献、著作基础上,通过静态、动态实验模拟真实流动环境,针对大牛地油田工况条件,进行了以下几点研究:(1)对大牛地气田地层水水质及垢物物相进行了分析,以
学位
紫外光(UV)固化被认为是在室温下将无溶剂的液态低聚物快速转变为具有特定物理化学和机械性能固态聚合物最有效的方法。环氧丙烯酸酯(EA)是UV固化体系中最重要、使用最广泛的反应性低聚物之一,其固化膜具有机械强度高、优异的耐溶剂性、耐化学性以及良好的附着力等特点。但是,EA具有黏度高,易燃烧的缺点,限制了其在一些特定领域的应用。为了满足EA在光纤、电子器件等特定领域的低黏度、阻燃性要求,研究了含磷(甲
学位
苯并噁嗪作为一种新型的热固性树脂,是由苯并噁嗪单体经开环交联聚合制备而成。苯并噁嗪单体以伯胺类、酚类和甲醛为原料合成的一类含氮、氧六元杂环化合物。苯并噁嗪树脂具有高交联密度,分子内含有大量苯环和氢键,这些结构特点赋予苯并噁嗪树脂较高的玻璃化转变温度、优异的电绝缘性和优异的力学性能。苯并恶嗪树脂是新型的耐热酚醛树脂,通过苯并恶嗪单体的阳离子开环聚合反应形成的,克服了传统酚醛树脂的缺点,例如交联过程是
学位
随着现代经济和社会的发展,化石燃料被广泛用于许多领域,但化石燃料的燃烧不可避免地导致了大量的二氧化碳(CO2)排放。大量的CO2累积在地球表面会导致温室效应和全球变暖,进而造成巨大的经济损失并威胁人类的生存。因此,迫切需要减缓CO2排放。在减少CO2排放量的诸多方法中,利用光催化技术将CO2转化为其他含碳物质被证明是降低大气中CO2浓度最具前景的方法之一。光催化技术的核心是光催化材料,因此开发高效
学位
凝胶聚合物电解质(GPE)兼具了液体电解质(LE)和固态聚合物电解质(SPE)优点,具有良好的安全性和优异的电化学性能。GPE主要由聚合物基体、增塑剂和锂盐组成,常见的聚合物基体主要是来自于石油化工的合成高分子,如聚氧化乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈和聚偏氟乙烯等。然而二次电池的广泛使用和环境的日益破坏对电解质的开发提出了更高的要求,不仅要有良好的电化学性能和安全性,也要在电池废弃后尽可能降低对
学位
异种金属材料的物理、化学性能有很多不同,化学成分之间也有较大差异,因此异种金属的焊接难度通常比同种金属更大。Q345低合金钢与316L不锈钢异种钢的焊接结构件广泛的应用于诸多工业领域,常规焊接工艺温度高、受热不匀均、需熔化母材等特点易于导致Q345/316L基材的性质差异放大而影响接头性能和稳定性,瞬间液相扩散焊(Transientliquidphase-diffusionbonding,TLP-
学位
钙钛矿太阳电池因其低成本、易制造、高效率等优势,成为当前下一代光伏技术最有希望的候选者。钙钛矿光吸收层是钙钛矿光伏器件的核心,高质量的钙钛矿薄膜是器件实现优良性能的基础和前提。制备得到高质量钙钛矿薄膜的方法可大致分为两种:一种是优化钙钛矿薄膜的制备工艺,另一种是采用有效的薄膜后期处理策略。本论文基于后期处理策略以实现对钙钛矿薄膜晶体生长及形貌的调控,主要开展了以下工作:一、利用一步反溶剂法制备CH
学位
对于碳酸盐岩资源的开采,目前塔河油田和顺北油田常采用裸眼完井+酸化压裂及油管支撑+酸化压裂两种工艺。但是由于较高的地层温度、地层水化和高孔隙压力作用等因素使得碳酸盐岩储层遭到破坏,同时由于在酸化压裂过程中容易形成高角度的裂缝导致井壁在完井过程中容易坍塌,这给实际工程的施工带来了较大的困难,增加了施工和修井成本。本文主要研究制备具有一定的强度、耐蚀性和暂堵性的支撑油管,该油管在作业初期能起着支撑井壁
学位