非贵金属（铁、钴、镍和铜）电极电催化水氧化的研究

发布时间：2021-08-26 04:43

　　通过水分解过程将太阳能转化为氢能是一条行之有效的途径,这将更好地为人类的生活和生产提供清洁能源。在水的全分解过程中,水氧化反应在热力学上需要较高的能垒,且经历四个电子和四个质子的复杂转移过程,是研究的瓶颈,因此,开发高效、稳定和廉价的水氧化电催化剂来加速反应动力学是至关重要的。首先,选用中性4-羟乙基哌嗪乙磺酸（HEPES）缓冲溶液来溶解Co2+,可有效地避免Co2+在缓冲溶液中沉淀的问题。采用电化学沉积方法,在氟掺杂二氧化锡（FTO）导电玻璃上制备出钴基异相催化剂（Co-Hi）。在0.1 M的磷酸缓冲溶液（pH = 7.0）中,在1.39 V vs.NHE的电位下,Co-Hi/FTO电极的水氧化电流密度可以达到1.5 mA/cm2,并且可以稳定至少20小时,法拉第效率高达98%。其次,以三羟甲基氨基甲烷（Tris）与Cu2+原位形成的Cu-Tris配合物为前驱体,通过电化学沉积的方法在铟锡氧化物（ITO）导电玻璃上制备铜基异相催化剂（Cu-Tris）。在磷酸缓冲溶液（0.2 M,pH = 12.0）中,在390 mV的过电位下,Cu-Tris/ITO电极的电催化水氧化电流密度达到1m... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：133 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

光阳极和光阴极组装PEC水分解体系的示意图

得到不同的基于贵金属Ｒｕ水氧化催化剂［４８＿５Ｇ］。??２０１４年，Ｔｒｕｄｅｌ课题组［５１］采用光致降解的方法制备材料，研究发现该Ｉｒ〇ｘ材??料在酸性条件下具有水氧化活性。催化剂的制备过程如图１．６ａ所示，Ｉｒ（ａｃａＣ）３通过简单??旋涂的方法负载到ＦＴＯ导电玻璃表面，然后在紫外灯下照射１小时，最后分别在１〇〇?°Ｃ??和５００?°Ｃ下锻烧１小时，得到的电极分别为无定形的ＩｒＯ／ａ－ＩｒＣＵ和结晶的ＩｒＯＪｃ－ＩｒＯ，－）。??ａ－ＩｒＣＵ崔化剂的扫描电镜（ＳＥＭ）结果（图１．６ｂ）说明催化剂已经把ＦＴＯ基底全覆盖了，??而且很致密。在１ＭＨ２Ｓ０４溶液中，对得到的催化剂进行电催化水氧化性能测试，循环??伏安（ＣＶ）曲线如图１．６ｃ所示。结果表明，ａ－ＩｒＣＵ崔化剂表现出更好的催化效果。为了??探究催化剂的稳定性，在１?ｍＡ／ｃｍ２的恒定电流密度下，对两个催化剂进行长时间电解??测试，结果如图１．６ｄ所示，ａ－ＩｒＯｊｉ化剂在测试过程中的电位基本没变，而ｃ－Ｉｒ〇Ａ．催化??剂的电位有所增加

学沉积生成具有水氧化活性的物质。以ＩＴＯ导电玻璃为工作电极，在含有０．５?ｍＭ?Ｃｏ２＋??的ＫＰｉ缓冲溶液中，在１．２９?Ｖ?ｖｓ．?ＮＨＥ的电位下进行恒电位电解，７小时之后，ＩＴＯ表??面沉积上一层深色的薄膜（Ｃｏ－Ｐｉ），催化电流密度可以达到１．１?ｍＡ／ｃｍ２?（图１．８ｂ），??这就说明催化剂己经在ＩＴＯ表面原位形成，而没有Ｃｏ２＋的情况下，催化电流密度只有??２５?ｎＡ／ｃｍ２。利用ＳＥＭ测试对Ｃｏ－Ｐｉ催化剂的表面形貌进行表征，结果（图１．８ｃ）表明，??该催化剂是由一些纳米颗粒组成的，且存在一些裂痕。另外，能量散射Ｘ射线能谱（ＥＤＸ）??测试表明，该催化剂材料由Ｃｏ、Ｐ、Ｋ和０元素组成，Ｐ和Ｋ元素表明催化剂表面有磷??酸盐的附着。在０．１?Ｍ?ＫＰｉ缓冲溶液中，Ｃｏ－Ｐｉ催化剂Ｔａｆｅｌ曲线测试（图１．８ｄ）表明其??Ｔａｆｅｌ斜率为６０?ｍＶ／ｄｅｃａｄｅ。此外，该催化剂达到１?ｍＡ／ｃｍ２的催化电流密度的过电位是??４２０?ｍＶ。后续的研究［６６］表明，Ｃｏ－Ｐｉ催化剂在催化过程中具有自我修复能力，磷酸盐在??自我修复过程中起到了举足轻重的作用。在电催化水氧化过程中

【参考文献】：
期刊论文
[1]固体聚合物电解质水电解池电极的优化研究[J]. 马霄平,宋世栋,谭忠印,张华民,衣宝廉.  电源技术. 2006(08)



本文编号：3363569