【摘 要】
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氢能作为一种清洁环保的资源,如今备受关注。在众多制氢方法中,最有效的是在电催化剂作用下分解水。它具有效率好、产品纯度高和清洁无污染等优点。析氢反应(HER)是一个二电子快速反应过程,而析氧反应(OER)是一个缓慢的四电子反应过程。因此,OER过程的动力学速度决定了催化裂化水的效率。为了降低能源消耗,构建出色的OER催化剂非常重要。目前,贵金属Pt和RuO2分别是性能最优异的HER和OER催化剂,但
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氢能作为一种清洁环保的资源,如今备受关注。在众多制氢方法中,最有效的是在电催化剂作用下分解水。它具有效率好、产品纯度高和清洁无污染等优点。析氢反应(HER)是一个二电子快速反应过程,而析氧反应(OER)是一个缓慢的四电子反应过程。因此,OER过程的动力学速度决定了催化裂化水的效率。为了降低能源消耗,构建出色的OER催化剂非常重要。目前,贵金属Pt和RuO2分别是性能最优异的HER和OER催化剂,但昂贵的成本和资源的稀缺严重限制了它们的大规模应用。因此,许多课题组着手开发长寿命、低成本、高效和环保的电催化剂。然而,大规模电解水制氢将给本已有限的淡水资源带来巨大压力。作为大多数自然资源,如果能通过分解海水来获得氢能,将对分解水制氢具有重大意义。同时这一过程也促进了海水淡化。本文通过简单的水热法和高温煅烧,合成出2种过渡金属磷化物用于海水全分解性能研究,具体内容如下:(1)通过简单的水热法和磷化退火处理,在泡沫镍(NF)上制备了由Co和Mo组成的P掺杂双金属棒阵列结构。通过金属氧化物和磷掺杂的协同作用,合成的Co和Mo基氧化/磷化物表现出优异的HER电催化性能。仅需要162.8 mV的超低过电位下便可驱动催化剂在100 mA cm-2电流密度下运行。进一步在纳米棒表面电沉积一层无定形层FeOOH,形成的分层核壳结构可以扩大表面积以铆接和暴露更多的羟基氧化物活性位点用于OER催化,并且可以抵抗氯离子的侵蚀。试验中探究了电沉积时间对OER性能的影响,在电沉积时间为500 s时制备的分层核壳结构可以在100 mA cm-2下提供240.8 mV的过电位。实验结果表明:磷掺杂以及电沉积形成的异质结构可以为反应提供充足的反应位点、较短的离子传输途径和适当的反应产物吸附能。(2)水热制备NiO纳米片,并以此为模板,通过溶剂热法制备出NiCo前驱体,并通过在氮气氛围下高温煅烧次磷酸盐进行磷化处理,合成出海胆状Ni@NP@NCP(F/SO)纳米结构析氢催化剂。这种纳米片层结构表面生长有簇状纳米针的结构。该种独特形貌一方面具备疏松多孔的结构以充分接触电解质,缩短离子传输距离。另一方面可以暴露活性位点,增强催化剂HER性能。特别是在水热过程中加入表面结构调节剂DMF/DMSO,并揭示了 DMF/DMSO对控制影响表面形态、晶粒尺寸和晶体生长的作用。所制备的催化剂在1 M KOH中,在100mAcm-2下仅需要139.2mV的过电位。试验结果表明:形态控制作为一种有前景且有效的策略被广泛实施以改变表面原子配位,从而提高当前电催化剂的内在催化性能。图:[22]表:[7]参考文献:[107]
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