Co9S8-Ni3S2電極的制備及其析氧性能研究.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口數(shù)量的增加，傳統(tǒng)化石能源消耗越來越多，造成有害氣體排放增多，環(huán)境污染更加嚴(yán)重，這不利于人類的生存。如今，每個(gè)國家都在努力開發(fā)新型能源。其中，氫能是一種潔凈、無污染、產(chǎn)熱高的新型能源。當(dāng)前，最有前景的制氫方法是電解水制氫。電解水制氫的主要催化劑是鉑、釕、銥及其氧化物，然而，它們比較昂貴且稀缺。因此，目前最緊迫的就是開發(fā)出一種價(jià)格便宜且催化性能優(yōu)越的催化劑來替代貴金屬，降低工業(yè)制氫的成本。
　　本論文根據(jù)最近研

2、究比較熱的金屬硫化物及磷化物電解水陽極析氧催化劑，采用水熱法制備了炸開的Co(OH)2/NF納米片、Co9S8/Ni3S2納米片和Ni3S2/Ni2P催化材料來催化電解水析氧。本文的主要研究內(nèi)容包括:
　　1.通過一步水熱法，我們在泡沫鎳基底上生長炸開的Co(OH)2催化劑，其在10 mA/cm2處有一個(gè)小的過電位η=0.255 V vs RHE（RHE:可逆氫電極），這比最優(yōu)催化性能的商業(yè)RuO2的過電勢η=0.263 V vs

3、 RHE更低。在1M KOH溶液中測試了其12h的V-t穩(wěn)定性曲線，測試結(jié)果幾乎表現(xiàn)出與初始V-t曲線相同的電勢，展現(xiàn)了其良好的穩(wěn)定性。推測原因主要有以下幾點(diǎn):(1)對于電化學(xué)析氧，Co(OH)2/NF本身具有卓越的催化性能;(2)三維泡沫鎳支撐的炸開的Co(OH)2納米片本身導(dǎo)電性較好，有利于電子的快速擴(kuò)散;(3)炸開的Co(OH)2/NF納米片這種特殊的結(jié)構(gòu)，提高了催化性能。
　　2.把上一步制得的Co(OH)2/NF催化劑進(jìn)

4、一步用水熱法硫化，制得Co9S8/Ni3S2催化劑，該催化材料的制備方法簡便易行。相對于單獨(dú)的泡沫鎳和Co(OH)2/NF來說，Co9S8/Ni3S2具有較低的起始電位;Co9S8/Ni3S2催化劑在10mA/cm2的過電勢η=0.226 V(vs RHE)，是一個(gè)非常小的過電位，這比商業(yè)RuO2(η=0.263 V vs RHE)和Co(OH)2/NF納米片(η=0.255 V vs RHE)更小。說明制得的Co9S8/Ni3S2具有

5、更優(yōu)的催化活性。Co9S8/Ni3S2催化劑的塔菲爾斜率為39mV·dec-1，它比Co(OH)2/NF納米片的塔菲爾斜率(59 mV·dec-1)更小。測試了其20 h的I-t穩(wěn)定性曲線，電流密度沒有明顯的變化，證明了其具有良好的穩(wěn)定性。綜合以上數(shù)據(jù)，表明通過一步硫化使Co(OH)2/NF納米片催化電解水析氧性能明顯增強(qiáng)。
　　3.采用水熱法和高溫煅燒法，我們合成了Ni3S2/Ni2P催化材料，循環(huán)伏安曲線表明，相比于Ni3S2

6、催化劑，Ni3S2/Ni2P催化材料具有更低的起始電位。在10mA/cm2處對應(yīng)的過電勢為0.301 V vs RHE，明顯低于Ni3S2納米片的(η=0.367V vs RHE)。塔菲爾斜率為31.7 mV·dec-1，也比Ni3S2納米片的(88 mV·dec-1)小。此外，在20 mA/cm2時(shí)測得Ni3S2/Ni2P催化劑長達(dá)20 h的I-t穩(wěn)定性曲線，電流密度沒有明顯變化，說明制得的Ni3S2/Ni2P催化劑具有良好的穩(wěn)定性。