磷酸亞鐵鋰及其復(fù)合物在氧電極中的應(yīng)用研究.pdf

1、在氫能源的制取和燃料電池的利用過程中，氧電極發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。氧析出反應(yīng)(OER)和氧還原反應(yīng)(ORR)是氧電極涉及的兩個關(guān)鍵反應(yīng)。以提高OER/ORR電催化劑的催化活性和耐久性為目標，本論文圍繞磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)作為OER催化劑及ORR催化劑載體展開研究，對其電子結(jié)構(gòu)和微觀形貌進行設(shè)計調(diào)控，分別制備出LixFePO4/C(0＜x≤1) OER催化劑，蝴蝶結(jié)狀LiFePO4負載不同Pt含量的Pt/LiFePO4ORR催化劑

2、，并對其催化性能進行評測。主要研究工作如下:
　　(1)基于Fe是OER催化活性元素且其價態(tài)對催化性能有不同影響。我們選取廉價的商業(yè)鋰離子電池正極材料LiFePO4/C進行電化學(xué)原位脫鋰，通過調(diào)控Li+的含量，改變Fe元素的電子結(jié)構(gòu)，研究其在0.1 mol/L PBS pH=7電解液條件下的OER催化性能。基于LiFePO4和脫Li+后的LixFePO4/C(0＜x≤1)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和形貌基本保持一致，因此我們認為過渡金屬Fe的價

3、態(tài)是唯一變量。LiFePO4/C、Li0.85FePO4/C、 Li0.66FePO4/C、 Li0.40FePO4/C和Li0.12FePO4/C催化劑在電流密度為10 mA/cm2時的過電位逐漸減小，轉(zhuǎn)化頻率(TOF)數(shù)值依次增大，結(jié)果表明脫鋰量越大，F(xiàn)e3+含量越高，越有利于催化OER，即Fe3+在pH=7條件下比Fe2+具有更優(yōu)異的OER性能，這歸功為脫鋰過程Fe電子結(jié)構(gòu)從Fe2+向Fe3+的改變。
　　(2)商業(yè)Pt貴金

4、屬ORR催化劑存在Pt價格高和穩(wěn)定性差兩大問題。利用溶劑熱方法合成蝴蝶結(jié)狀LiFePO4載體，制備不同Pt負載量的Pt/LiFePO4復(fù)合物。在0.1 mol/L KOH溶液中對其進行ORR催化性能測試，Pt負載量為7.8 wt.％的Pt/LiFePO4催化劑表現(xiàn)出與商業(yè)Pt/C(20 wt.％)接近的ORR催化活性和穩(wěn)定性，但很大程度上降低了Pt的用量，這歸功于高比表面積介孔蝴蝶結(jié)狀的LiFePO4載體，這種形貌的載體不僅有利于Pt納