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析氧反应(OER)作为金属-空气电池、燃料电池、水分解反应的核心反应之一,在能源存储与转换领域占有重要地位。由于OER过程涉及4个电子转移,动力学缓慢,因此需要借助电催化剂来降低反应的过电位。中空多壳层结构(HoMSs)材料具有较大的有效表面、富集反应物分子、加速反应物和产物的传质、缩短电子传输路径等特点,作为OER电催化剂具有显著优势。而喷雾干燥法不仅工艺简单、产量大,且能够通过调节前驱体溶液配比来精确控制材料中各组分的比例。因此本论文采用喷雾干燥法,通过原子取代和构筑异质复合结构的方式分别获得到了 LaCo1-xNixO3-δ HoMSs和NiO-CeO2-δHoMSs,并通过调控缺陷结构和微观结构有效提升了 OER催化活性。同时,立足于喷雾干燥法的特点,通过提升前驱体溶液的浓度和雾化干燥效率等措施实现了 HoMSs的宏量制备。主要内容如下:(1)采用喷雾干燥法制备了一系列不同Ni取代量(x,x=0.1、0.3、0.5,0.7、0.9)的LaCo1-xNixO3-δ HoMSs电催化剂。研究发现随着Ni取代量的增加,LaCo1-xNixO3-δ HoMSs的过电位和Tafel斜率先降低后逐渐增加;当Ni取代量为0.5时,LaCo0.5Ni0.5O3-δ HoMSs具有最小的过电位(330 mV@10 mA/cm2)和最小的Tafel斜率(59 mV/dec)。研究表明Ni的取代调控了 HoMSs中氧空位和晶格扭曲等缺陷,从而提升了材料的电荷转移能力、增加电化学活性比表面积以及降低了晶体场分裂能,实现了 OER性能的提升。对比研究也证实HoMSs微结构的构筑也能够提升材料的有效比表面积、增强电荷传输和物质传输,进而提升材料的OER性能。最后探索了喷雾干燥法制备纯钙钛矿相HoMSs的普适性,成功制备了 La0.9Ce0.1CoO3、LaCo0.9Mn0.1O3和La0.9Ce0.1Co0.5Ni0.5O3 等 HoMSs 材料。(2)采用喷雾干燥法将具有优异氧存储与交换能力的CeO2与具有优异表面活性的NiO构筑成异质复合结构NiO-CeO2-δ HoMSs。研究发现随着CeO2比例的增加,NiO-CeO2-δ HoMSs的过电位和Tafel斜率先降低后增加,当CeO2比例为0.3时,其OER性能达到最优。这主要是由于异质复合结构NiO-CeO2-δHoMSs的构筑不仅提高了材料的比表面积,还引入了氧空位缺陷,从而改善了材料的界面电荷转移能力,提高了 OER性能。而提高焙烧温度会使得材料的比表面积显著下降,氧空位减少,界面电荷转移能力降低,导致NiO-CeO2-δHoMSs的OER性能降低。基于上述研究,采用喷雾干燥法成功构筑了 Ni/Co、Mo/Ni、Al/Ni和Fe/Ni等多种异质复合结构HoMSs,丰富了 HoMSs材料的多样性。(3)HoMSs材料独特的结构优势使其在众多领域展现出优异的性能。为使HoMSs材料能够实现工业应用,首要问题是提高其产量。而喷雾干燥法在提高HoMSs材料产量方面具有很大潜力。通过分析喷雾干燥法制备流程,成功研制出了镍基HoMSs的前驱体溶液,并制备得到三明治结构的NiO@Ni@NiO HoMSs。而此前驱体溶液浓度提升后导致其不能彻底雾化干燥。因此分别以氨水和柠檬酸铵对前驱体溶液进行了逐步优化提高了前驱体溶液的浓度,并设计了多喷头大型喷雾干燥设备提高了对前驱体溶液的雾化干燥效率,成功实现了 NiO@Ni@NiO HoMSs的宏量制备(公斤级),为HoMSs材料的实际应用奠定了基础。