銅、鐵化合物修飾（光）電極的水氧化性能研究.pdf

1、隨著能源危機(jī)、環(huán)境污染等問題的日益嚴(yán)重，太陽能儲存及轉(zhuǎn)化受到廣泛關(guān)注。直接或間接地利用太陽能分解水制氫，是解決上述問題的有效方法之一。其中，水氧化涉及到四個質(zhì)子、四個電子的轉(zhuǎn)移，是制約水分解的關(guān)鍵步驟。為了克服這個障礙，需要開發(fā)能在溫和條件下工作的、具有較低過電位的水氧化催化劑。
　　本研究基于金屬銅和強(qiáng)供電性多氮環(huán)狀配體1，4，8，11-四甲基-1，4，8，11-四疊氮環(huán)十四烷(TMC)，合成了水氧化催化劑[Cu(TMC)(H2

2、O)](NO3)2（化合物1）。在中性磷酸緩沖溶液中，當(dāng)催化電流密度達(dá)到1 mA/cm2時，化合物1所需的過電位為800mV，比文獻(xiàn)中報(bào)道的唯一在中性條件下有催化活性的雙核銅催化劑[Cu2(BPMAN)(μ-OH)](CF3 SO3)3（化合物2）低200mV。當(dāng)把化合物1固載到碳布電極上時，在1.64 V(vs.NormalHydrogen Electrode，NHE)電位下該復(fù)合電極的催化電流密度達(dá)到4mA/cm2，高于相同條件下C

3、uOx、Cu(NO3)2在內(nèi)的其他銅水氧化催化劑。電化學(xué)動力學(xué)和Pourbaix研究表明，[CuⅢ(TMC·)(OH)]3+或者[CuⅣ(TMC)(OH)]3+是整個催化循環(huán)的重要中間體。此外，在硼酸緩沖溶液(Bi)中，以無機(jī)銅鹽為前軀體通過電沉積的方法制備了多相催化劑Cu-Bi。該催化劑在0.2 M pH9的硼酸緩沖溶液中1.3 V(vs.NHE)電位下，催化電流密度達(dá)到1.2 mA/cm2，并且能至少穩(wěn)定10h?；钚愿?、制備方法簡單

4、和反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)使該銅催化劑具有很好的應(yīng)用前景。將助催化劑水合鐵(Ferrihydrite，F(xiàn)h)修飾到多孔釩酸鉍電極表面，組裝成水氧化光陽極。該復(fù)合電極在1.23 V(vs.Reversible Hydrogen Electrode，RHE)偏壓和一個模擬太陽光強(qiáng)照射下，光電流密度達(dá)到4.78 mA/cm2。在0.61 V偏壓下取得最大外加偏壓下的光電轉(zhuǎn)化效率1.81％，并且在此電位下該電極能至少穩(wěn)定50h。利用強(qiáng)度調(diào)制的光電流譜