幾種過渡金屬催化劑的制備及析氧性能研究.pdf

1、本文基于 Ni、Co和Fe基過渡金屬陽極析氧催化劑，構(gòu)建了 CoFe2O4-CNTs、NiS@N/S-C和Ni3N@C三種陽極析氧材料，主要目的是為了降低陽極析氧過電位，減少在電解水過程中的能耗，提高能量轉(zhuǎn)換效率。CNTs和原位生成的碳，在催化劑中起到載體、加速電子運輸以及保護納米顆粒的作用，增加水分解析氧反應(yīng)的動力學速度，提高催化劑的穩(wěn)定性。同時，N、S雜原子的引入對碳載體的吸電子基/供電子基能力起到調(diào)控作用，改善催化劑的導電性能，從

2、而增強材料的析氧電催化活性。通過不同的表征手段對這三種陽極析氧材料的形貌、結(jié)構(gòu)和組成進行了表征，并在電化學工作站上采用三電極體系測定了這三種陽極析氧材料的電化學性能。主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）通過水熱法將CoFe2O4負載到CNTs的表面，得到了CoFe2O4-CNTs納米復合材料。結(jié)果表明：尖晶石CoFe2O4納米顆粒被均勻分散在CNTs表面；為了驗證CNTs的作用，我們用TG測試了CNTs的含量為40.2％。在1 M KO

3、H電解液中，對CoFe2O4-CNTs納米復合材料的析氧活性與穩(wěn)定性進行了測試。結(jié)果表明，CoFe2O4-CNTs納米材料顯示了良好的催化活性，起始電位在1.57 V， CNTs的加入能夠提高CoFe2O4納米顆粒的電流密度和催化活性。在10 mA cm-2電流密度下經(jīng)過11小時穩(wěn)定性測試之后，活性并沒有發(fā)生明顯變化，說明催化劑穩(wěn)定性良好。
　?。?）首先，采用回流法制備了含N、S原子的Ni基配合物，然后在NH3氣氛下高溫熱解得到

4、NiS@N/S-C納米復合結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：NiS納米顆粒被均勻分散在原位生成的碳基底上；同時能夠?qū)、S原子摻雜到碳基底上，通過對碳進行結(jié)構(gòu)和電子改性來提升催化劑的活性。在1 M KOH電解液中對 NiS@N/S-C納米復合材料的催化活性與穩(wěn)定性進行了測試。實驗結(jié)果表明，NiS@N/S-C納米復合材料展示出了良好的催化活性，起始電位在1.54 V。在10 mA cm-2電流密度下經(jīng)過10小時穩(wěn)定性測試之后，催化劑活性沒有發(fā)生明顯變化。<

5、br>　?。?）采用一步熱解法制備了Ni3N@C納米復合材料。結(jié)果表明：Ni3N納米顆粒分散性較好，且大小均一，直徑在200 nm左右，Ni3N表面包覆了一層薄薄的碳層；通過mapping驗證了原位生成的碳層分布均一；碳包覆層能傳導電子，并且起到保護Ni3N，提高催化劑穩(wěn)定性的作用。在1 M KOH電解液中對NiS@N/S-C納米復合材料的活性與穩(wěn)定性進行了測試。結(jié)果顯示，Ni3N@C具有很好的析氧催化活性，起始電位在1.53 V，電流