过渡金属化合物的制备及其电催化析氧性能的研究

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析氧反应(OER)由于涉及复杂的四电子转移,其反应动力学是缓慢的,但目前最有效的OER催化剂是Ru和Ir催化剂。遗憾的是,它们的稀缺性和高成本使得大规模应用不切实际。因此需要设计出一种低成本、高活性、高稳定性的催化剂来缩小反应能垒并加速反应的进行。本文从过渡金属元素出发,通过掺杂、复合来开展工作,设计合成了一系列OER催化剂,并系统地对他们进行结构表征以及电化学测试。具体内容如下:首先,通过水热法,在泡沫镍上原位生长Ni(OH)2/NiMoO4复合材料。所制备的Ni(OH)2/NiMoO4/NF在电流密度为10m A cm-2的时候可以达到295m V的过电位。通过分析显示较好的OER活性主要来源于Ni(OH)2纳米片阵列和NiMoO4纳米花的协同作用。其次,通过微波水热的方式,在泡沫镍上原位生长了三金属钼酸盐纳米花,催化剂仅需要266m V过电势便可提供10m A cm-2电流密度,该性能优于RuO2催化剂。较小尺寸的纳米花状结构有着更大的比表面积,同时Al的引入,有助于调节NiMoO4中心Ni的电子结构。最后,通过超声法,在聚苯胺(PANI)基底上制备单分散的Mn3O4,Mn3O4均匀分布在PANI表面/嵌入PANI中。催化剂在电流密度为10m A cm-2时过电位仅为262m V,Tafel斜率也仅为59.1m V dec-1,另外该催化剂超过了大多数目前报道的OER催化剂。PANI中丰富的氨基结构可以有效缓解Mn3O4的团聚并诱导Mn3+形成。由于其独特的结构,可以暴露更多的活性位点,从而提高催化活性。
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