【摘 要】
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为了解决严重的环境污染问题,迫切需要开发一些可再生清洁能源来替代化石燃料。电解水技术因其能产生具有高热值的可持续清洁氢能而备受关注。其中,析氧反应(OER)由于涉及的反应动力学比较缓慢复杂,严重制约了电解水技术的实际应用。因此,研究出高活性、廉价、稳定的OER电催化剂迫在眉睫。过渡金属磷酸盐由于具有高活性和良好的动力学特性备受关注。可以通过使用不同的有机膦酸盐配体,对其基团、结构等进行调控,优化其
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为了解决严重的环境污染问题,迫切需要开发一些可再生清洁能源来替代化石燃料。电解水技术因其能产生具有高热值的可持续清洁氢能而备受关注。其中,析氧反应(OER)由于涉及的反应动力学比较缓慢复杂,严重制约了电解水技术的实际应用。因此,研究出高活性、廉价、稳定的OER电催化剂迫在眉睫。过渡金属磷酸盐由于具有高活性和良好的动力学特性备受关注。可以通过使用不同的有机膦酸盐配体,对其基团、结构等进行调控,优化其性能。此外,还具有比表面积大、化学稳定性强等优点。然而,其电导率较差并且容易团聚。将其负载在基底上可以有效解决这些问题。基于上述目的,本论文通过在泡沫镍上直接生长金属有机膦酸盐的方法制备了一系列前驱体及相应的衍生物,通过相关测试手段研究了它们的形貌、成分以及在电解水OER方面的应用,并进一步分析了相应的影响因素。具体内容如下:(1)通过使用不同的溶剂在泡沫镍表面原位生长具有不同形貌的金属有机膦酸盐前驱体,再在不同温度下煅烧将前驱体转化为碳和氮掺杂的磷酸钴。结果表明,使用不同溶剂进行反应得到的样品形貌差异很大,纯水溶剂条件下得到纳米线阵列的形貌,而水和乙醇混合溶剂则为纳米片阵列。其中,纯水溶剂条件下合成的CoPiNF-800样品具有最优异的电化学性能。它们表现出非凡的催化活性,在100 mA·cm-2时的过电位仅有222 mV,其对应的塔菲尔斜率为62 mV·dec-1,此外还具有最小的阻抗和出色的电化学稳定性。(2)在上一章实验的基础上,探究不同钴铁投料比对产物形貌、结构以及电化学性能的影响。通过控制钴铁金属源的比例制备出一系列负载在泡沫镍上的钴铁双金属有机膦酸盐(CoFePMP)纳米线阵列,进一步煅烧得到钴铁双金属磷酸盐(CoFePiNF-600)。电化学测试结果表明,得益于钴铁双金属的协同作用,双金属磷酸盐具有比单金属更好的催化活性。当钴铁投料比为6:4时,得到的产物CoFePiNF(6:4)-600表现出了良好的OER催化性能,相应的塔菲尔斜率也最小,同时具有最小的电荷传输阻抗和较大的电化学活性表面积。
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