Co-FeLDH在中性或近中性水溶液中電催化氧析出性能研究.pdf

1、目前，電解水產(chǎn)氫和氧成為實(shí)現(xiàn)太陽能和風(fēng)能儲存的有效路徑，并因此成為了解決能源危機(jī)和環(huán)境問題的有效措施之一。但是氧析出反應(yīng)(OER)因其復(fù)雜的4電子質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程而成為限制電解水的主要瓶頸之一。引入貴金屬和非金屬氧析出催化劑已經(jīng)被證明可以有效地提高電解水的效率;然而大多數(shù)貴金屬和非貴金屬催化劑主要作用于酸性和堿性介質(zhì)中，在中性介質(zhì)中能源轉(zhuǎn)換效率仍很低，尤其是近中性海水。使用海水代替純凈水具有非常重要的意義，因?yàn)榈厍蛏峡衫盟目偭?7％是鹽

2、水。但是催化劑在中性海水介質(zhì)中氧析出面臨兩大問題，首先催化劑具有較高的氧析出起始電位和較低的電流密度，其次催化劑在長期測試過程中容易失活和產(chǎn)生副產(chǎn)物。因此降低催化劑在中性介質(zhì)中氧析出起始電位，提高其電流密度，有效地防止催化劑失活和副產(chǎn)物的產(chǎn)生具有十分重要的意義。面對這些問題，本論文制備具有層狀結(jié)構(gòu)和層間陰離子可交換的鈷鐵水滑石(Co-Fe LDH)，將其應(yīng)用于中性非緩沖海水中和磷酸緩沖溶液(PBS)中，并討論了催化劑在中性介質(zhì)中的反應(yīng)機(jī)

3、理和影響因素。主要工作如下：
　　1、以成核晶化隔離法合成尺寸均一的鈷鐵水滑石(Co-Fe LDH)為催化劑，以海鹽配置而成中性非緩沖溶液為電解質(zhì)，研究其電催化析氧性能。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，催化劑在海水中展現(xiàn)出較大OER電流密度，同時(shí)在過電位530mV的條件下進(jìn)行長達(dá)8h的恒電位電解，電流密度保持率86％而且數(shù)值保持在10.4mA/cm2，這個(gè)數(shù)值將和常規(guī)的光伏輸出裝置相匹配。并且我們對催化劑在海水中表現(xiàn)出優(yōu)異電化學(xué)性能的原因進(jìn)行探討，

4、發(fā)現(xiàn)電解質(zhì)溶液中陰、陽離子對催化劑活性的提高具有重要貢獻(xiàn)。這將為鈷鐵水滑石(Co-Fe LDH)直接應(yīng)用于天然海水的電解提供可能性，同時(shí)對中性體系中提高催化劑的電化學(xué)性能提供了更多的設(shè)計(jì)思路。
　　2、以成核晶化隔離法合成的鈷鐵水滑石(Co-Fe LDH)為催化劑，對其進(jìn)行電化學(xué)還原預(yù)處理，研究其在中性磷酸緩沖溶液(PBS)的電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示電化學(xué)還原后Co-Fe LDH的析氧起始電位降低了100mV，并且電流密度也明顯增