钴基双金属氧化物、硒化物纳米材料的可控制备及电化学性能研究
发布时间：2020-05-17 12:33
【摘要】：世界能源危机和日益严重的环境问题已引起全人类的高度重视,寻找清洁、可再生能源替代化石能源成为科学界重点关注的问题。其中,氢气由于其高清洁度、高能量密度和可再生性,一直被认为是替代化石燃料的有效能源。电化学水分解(2H2O→2H2 + O2)制备的高纯度氢气可满足对绿色能源的需求。目前,贵金属单质及其氧化物是最有效的电解水催化剂,但因其稀缺性和高成本严重限制了其大规模应用。开发新型廉价、高效的过渡金属催化剂一直是近年来的研究热点。本文主要以Co基双金属氧化物和硒化物为研究对象,通过可控制备并研究其碱性溶液中的电化学性能。通过不同改性处理、结构调控,获得了多种低成本、高性能及高稳定性的电解水催化剂,并通过一系列电化学表征,对催化反应机理进行了充分探讨。(1)在不同氧化还原性气氛中退火处理NiCo-OH得到NiCo2O4纳米条,通过XPS和EPR等数据分析,发现样品中存在一定的氧空位。碱性条件下的电解水析氢实验表明,富含氧缺陷修饰的NCo2O4材料HER性能很好,且催化剂的稳定性能优异。惰性气体中制备的样品HER性能(103 mV驱动10 mA cm-2)是空气氛围中样品性能(224 mV驱动10 mAcm-2)的两倍,证明了通过修饰材料内部结构,电催化水析氢性能得到显著提升。这归因于NCo2O4中氧空位引起导电性的增加和电化学活性位点充分暴露,提高了电荷传输效率从而促进催化反应。(2)以金属有机物MnCo-乙醇酸盐为前驱体,热退火得到核壳结构的MnSe2/CoSe2(MnCo-Se)微米球体。我们系统地比较了 MnCo-Se与其相应的MnCo-O和MnCo-OH的催化性能,结果表明,归因于材料固有的高电导率和高活性表面积,MnCo-Se在OER和HER中都表现出最优性能。通过SEM、XPS及电化学技术等进一步研究了 OER上MnCo-Se的结构和组成变化,并讨论了增强活性的可能机制,证明Mn和Co之间的协同作用降低了催化剂的能垒,并有助于稳定材料。此外,组装成MnCo-Se双电极体系用于全解水反应时,在1.66 V的电位下能驱动50 mA cm-2的电流密度,该性能甚至优于Pt/C||RuO2电极。
【图文】：
图１－２酸性溶液中ＨＥＲ反应机理［３２］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｔｈｅ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋ＨＥＲ邋ｒｅａｃｔｉｏｎ邋ｉｎ邋ａｃｉｄｉｃ邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ邋＂逡逑如图１－２，，整个电解水过程阴极表面的析氢过程一般分为三个步骤ｌ３Ｗ５１：逡逑５逡逑
过渡金属与非金属（Ｂ、Ｃ、０、Ｎ、Ｐ、Ｓ、Ｓｅ等）形成的化合逡逑物比单纯的金属单质或合金具有更高的电催化活性｜５％２１。目前研[偟模偷愫腿鹊沐义弦彩钦饫嗷衔铩Ｈ缤迹保常恋谝还山鹗羧纾疲濉ⅲ茫铩ⅲ危椤ⅲ停畹纫丫艿搅隋义瞎惴汗刈ⅲ担场ⅲ叮保叮础⒔矗樱簦幔瑁欤叮担莸热松秆×隋澹常担埃爸秩鹗粞趸锏拇呋钚藻义希稿义
本文编号：2668556
【图文】：
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