六方掺杂钙钛矿氧化物的设计及其在电催化析氧方面的应用

发布时间：2024-05-12 05:10

　　寻找高活性和高稳定性的析氧反应(OER)电催化剂一直是可持续能源应用的一个关键并具有挑战性的环节。然而,由于OER具有缓慢的反应动力学,要提供实际应用所需的电流密度,需要相当大的过电位才能够实现。钙钛矿氧化物作为OER催化剂研究的热点之一,凭借其高度可调的元素组成和电子结构,表现出了高效的OER催化性能。但是目前对钙钛矿OER催化剂的研究局限于立方晶相体系,六方晶系钙钛矿的研究却很少。本文从晶相角度出发,以贵金属掺杂作为主要策略,合成一系列六方晶体结构的钙钛矿氧化物,并研究了它们在OER催化方面的表现:1.以Ba0.9Sr0.1Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF-91)12H相钙钛矿为母体,在B位掺杂少量 Ir 成功合成具有 6H 相的 Ba0.9Sr0.1Co0.8Fe0.1Ir0.1O3-δ(BSCFI-91)。在保持六方晶系的条件下,降低了其形成六方纯相结构的温度,减少了 c方向的层数。与母体BSCF-91相比,BSCFI-91的催化能力显著增强。在碱性1.0 M KOH中,电流密度达到10 mA cm-2时,BSCFI-91仅需要300mV的过电位,明显低于母体BSCF-9...

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图１．１不同晶系钙钛矿氧化物的结构示意图［４４］：正交／三方、立方、六方（从左至右）??

酸钙（ＣａＴｉ０３）是钙钛矿家族中发现的第一种矿物，以俄罗斯矿物学家Ｌｅｖ??Ｐｅｒｏｖｓｋｉ命名。理想的钙钛矿氧化物ＡＢ０３属于高对称性的立方晶系，??其中角共享［Ｂ０６］八面体和Ａ位阳离子链构成了高度灵活的骨架，Ｂ位阳离子占??据八面体的中心位置。对于钙钛矿氧化物来说，在１０....

图１．３简单、双钙钛矿的组成多样性［４Ｓ］：?（ａ）是Ａ位和Ｂ位阳离子根据现有的报道的简单??钙钛矿和双钙钛矿中组成元素来标记的；（ｂ）显示了按阳离子氧化态的不同组合，所得到?

?第１章绪论???寸的阳离子可以形成相似的晶体结构。图１．３ａ显示了元素周期表中己出现在实??验数据中的钙钛矿氧化物的Ａ或Ｂ位上的所有元素［４８］。其中在Ａ位上发现了??３２种元素，Ｂ位发现５４种。氧化态从＋１到＋７不等，Ａ位的阳离子半径范围为??０．７６?Ａ?（Ｌｉ＋）?－１．....

图１．４元素周期表中价态范围为＋１至＋８的阳离子［４８］??钙钛矿的组成多样性主要体现在Ａ位和Ｂ位金属元素的丰富组合

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图１．５钙钛矿氧化物析氧反应趋势图［７］：纵坐标是负的理论过电位值，横坐标是??ＡＧ〇．?—?ＡＧｏｈ－??

们己经提出了许多描述符??来指导新材料设计。Ｔｒａｓａｔｔｉ１＇、５］、Ｂｏｃｋｒｉｓ和Ｏｔａｇａｗａ１』２］以及Ｒｏｓｓｍｅｉｓｌ等人＿??〇?Ｑ????，?１?１?＼???－０．５?－?．＾．ｏｙＷ．?－??－１０－?Ａｒｔｌｎｏ，?＼？＾〇，?－??＞?＾＞／?仏??Ｊ?＾....

本文编号：3970909