Co-Ni氫氧化物的制備及其電催化析氧性能研究.pdf

1、許多重要的化學和能量轉(zhuǎn)換過程的速率和效率均受限于電催化析氧反應(yīng)(OER)。研發(fā)性能優(yōu)秀、來源豐富且價格低廉的陽極析氧催化劑是研究電催化析氧的一個重要探索方向。針對以上問題，本文開展了Co2Ni(OH)x的制備及其電催化OER性能的研究。
　　本課題分別以CoCl2、NiCl2為Co源和Ni源，Na3C6H5O7(檸檬酸三鈉，TSC)作為絡(luò)合劑，采用室溫超聲共沉淀法制備了無定形Co2Ni(OH)x。通過線性伏安掃描、計時電位等電化學

2、方法測試了堿性條件下OER電催化材料的性能及其析氧穩(wěn)定性。探究了材料制備過程中Co、Ni摩爾比，溫度，TSC，超聲，共沉淀這五個因素對催化劑電催化析氧性能的影響。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當Co、Ni摩爾比為2:1、溫度為20.0℃、添加TSC作為絡(luò)合劑，且超聲的條件下制得的Co2Ni(OH)x具有最優(yōu)的電催化析氧性能。在0.900 V vs. HgO/Hg電位時的電流密度J可達29.87 mA/cm2， Tafel斜率為79.70 mV/dec，電

3、流密度10.00 mA/cm2時的過電位η僅為431 mV，20.00 mA/cm2電流密度下的過電位η為500 mV，同一擔載量時的OER電催化性能甚至優(yōu)于商業(yè)貴金屬IrO2催化劑。同時，該催化劑在堿性條件下具有較高的穩(wěn)定性，在對工作電極施加20.00 mA/cm2的電流8000 s后，電催化析氧性能依舊可保持穩(wěn)定。最優(yōu)制備條件下制得的Co2Ni(OH)x在η為431 mV時質(zhì)量活性MA為66.67 A/g，轉(zhuǎn)換頻率TOF為0.039

4、28 s-1，雙電層電容Cdl值為2415μF/cm2，表面粗糙因子Rf為40.25。通過場發(fā)射電子顯微鏡、場發(fā)射電子顯微鏡X射線能譜、X射線衍射、傅里葉紅外光譜、拉曼光譜、X射線光電子能譜等表征，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)性能材料形貌為顆粒狀，其Co、Ni含量比接近2:1，組成為Co2Ni(OH)x，并解釋了材料電催化析氧性能較優(yōu)的原因可能是材料的無定形結(jié)構(gòu)使其擁有足夠多且可作為OER催化活性中心位點的固態(tài)氧化還原電對Ni2+/Ni3+和Co2+/Co