B位替代钙钛矿型氧化物复合薄膜电极的制备及其电化学性能研究

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随着能源危机的加剧,不可再生能源的告竭,环境污染问题的突出,世界各国人们迫切希望获得一种储量更大,可再生,无污染的清洁能源;其中氢能以储量大,可再生,无污染成为各国研究者们研究的焦点之一。氢能的利用其实已经有较长一段时间了,但是氢能的储存一直未能得到突破性的解决。近年来,传统储氢合金材料的储氢能力已经接近理论极限,于是人们将目光转向了其他新型储氢材料的研究,其中钙钛矿型氧化物(ABO3)以其较低的成本、较高的容量而具有潜在的应用价值。但是,目前关于钙钛矿型氧化物作为储氢材料的研究还处于探索阶段,对钙钛矿型氧化物的储氢和电化学反应机理仍然不明确,其电催化活性较差,电化学容量贡献不确定。而金属 Pd有良好的电催化活性和吸放氢性能;薄膜电极具有尺寸可控、易改性的特点。  所以本文首先使用磁控溅射法在Si(100)和Ni基底上制备了金属Pd膜,使用XRD、SEM、CHI660E等研究了金属 Pd膜的结构、形貌、电化学性能,研究表明:金属 Pd有良好的电催化活性,但也有一定的电化学容量(约135mAh/g);之后又研究了具有一定电催化活性的金属Ni膜,研究结果表明:金属Ni膜电化学容量很低,可以忽略。  采用磁控溅射法在Si(100)、Ni基底上制备了 LaMnO3薄膜。借鉴课题组前期有关 ABO3薄膜制备的研究经验,制备出了结构、成分合理的 LaMnO3薄膜。探讨了退火温度、退火时间对 LaMnO3薄膜相结构、形貌、成分、电阻率等的影响。结果表明:退火条件为800℃/2h时其结构合理、组织成分较佳、电阻率最小(17.18kΩ·cm)。研究了表面覆Pd前后退火态 LaMnO3薄膜电极的电化学性能,结果表明:表面未镀 Pd时,退火态 LaMnO3薄膜电极的放电容量很小(28mAh/g)。而表面覆Pd后 LaMnO3/Pd复合薄膜电极放电容量达到216.7mAh/g,扣除金属Pd膜的贡献后,LaMnO3薄膜电极的电化学容量可达333mAh/g;退火态 LaMnO3单膜的交换电流密度 I0为110.4mA/g,而退火态 LaMnO3/Pd复合薄膜的 I0为318.4mA/g。  采用溶胶凝胶法、磁控溅射法在 LaAlO3(100)基底制备了不同厚度的LaMO3(M=Fe,Ni)薄膜,再于 LaMO3(M=Fe,Ni)薄膜表面沉积金属Pd(Ni)膜,制备成LaMO3/Pd(Ni)(M=Fe,Ni)复合薄膜电极。研究结果表明:退火前后LaMO3(M=Fe,Ni)薄膜电极没有放电平台;退火态 LaFeO3/Pd复合薄膜电极有较宽的放电平台,复合薄膜电极的放电容量也较高,约为170mAh/g;退火态 LaNiO3/Pd复合薄膜电极也出现较宽的放电平台,具有223mAh/g的电化学容量;扣除Pd膜电极贡献的电化学容量后,常温下氧化物 LaFeO3和LaNiO3薄膜电极的电化学容量分别可达到230mAh/g和393mAh/g。退火态LaMO3(M=Fe,Ni)薄膜电极和LaMO3/Pd(M=Fe,Ni)复合薄膜电极的交换电流密度相比有了很大程度的提高;LaMO3/Ni(M=Fe,Ni)复合薄膜电极与 LaMO3/Pd(M=Fe,Ni)复合薄膜电极相比,镀Pd能极大改善和提高LaMO3(M=Fe,Ni)薄膜电极的电催化活性和电化学放电容量。
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