介孔二元金屬氧化物納米棒析氧催化劑的制備及性能研究.pdf

1、氫能以清潔無污染、熱值高、可再生等優(yōu)點受到人們的廣泛關(guān)注，有望成為未來的重要能源。在氫能的應(yīng)用中，儲氫是前提，制氫是關(guān)鍵。其中電解水制氫以其工藝簡單、產(chǎn)品純度高、環(huán)保無污染等特點成為了最有前途的制氫手段，但由于能耗高限制了其大規(guī)模應(yīng)用。目前電解水制氫技術(shù)能耗主要集中在陽極析氧反應(yīng)，所以尋求一種廉價易得、性能高、穩(wěn)定性強的陽極析氧催化劑成為了氫能應(yīng)用的主要難題。
　　Ni基、Co基等過渡金屬氧化物因其成本低、析氧性能高等優(yōu)點成為了當(dāng)

2、前析氧催化劑的主要研究熱點，但其仍有穩(wěn)定性較差以及催化活性比貴金屬氧化物催化劑低等問題。研究證明，通過化學(xué)改性和結(jié)構(gòu)改性可以進(jìn)一步提高過渡金屬氧化物催化劑的析氧性能。
　　基于此，本文通過元素?fù)诫s以及納米調(diào)控的手段制備了一系列Ni1-xFexOy、Co1-xFexOy材料，得到了性能優(yōu)異的析氧催化劑并深入探討了結(jié)構(gòu)、組成成分與催化性能之間的關(guān)系。具體內(nèi)容有：
　　(1)通過空氣氛圍下350℃熱分解NiFe基配位聚合物前驅(qū)體制

3、備了不同F(xiàn)e摻雜量的一維Ni1-xFexOy(0≤x≤1)多孔納米棒，結(jié)構(gòu)表征結(jié)果表明隨著Fe含量的增加催化劑晶粒尺寸先減小后增加且物質(zhì)組成發(fā)生改變，當(dāng)Fe的含量為20 at％時，催化劑為NiO，33 at%Fe含量的催化劑是NiO/NiFe2O4的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，F(xiàn)e含量為66 at%得到了尖晶石氧化物NiFe2O4，F(xiàn)e含量為100 at%時，催化劑為α-Fe2O3。電化學(xué)測試結(jié)果表明隨著Fe含量的增加析氧性能先增強后降低，其中NiO/N

4、iFe2O4的異質(zhì)結(jié)構(gòu)(33 at%Fe)性能最優(yōu)，過電位為302 mV，Tafel斜率為42 mV/dec。根據(jù)結(jié)構(gòu)與性能的結(jié)果，深入研究了其構(gòu)效關(guān)系。
　　(2)分別在300℃/400℃/450℃下熱解33 at%Fe催化劑前軀體，得到的催化劑與350℃時比較。結(jié)構(gòu)表征顯示300℃時前驅(qū)體還原不完全，450℃時催化劑中出現(xiàn)α-Fe2O3。電化學(xué)測試結(jié)果表明350℃時得到的NiO/NiFe2O4異質(zhì)結(jié)構(gòu)性能最優(yōu)。
　　(3

5、)分別在300℃/400℃/450℃下熱解66 at%Fe催化劑前軀體，得到的催化劑與350℃時比較。結(jié)果表明350℃得到的尖晶石氧化物NiFe2O4性能最優(yōu)，過電位為342 mV，Tafel斜率為44 mV/dec。
　　(4)利用相同的方法制備了不同F(xiàn)e摻雜量的一維Co1-xFexOy(0≤x≤1)多孔納米棒。通過結(jié)構(gòu)表征發(fā)現(xiàn)，隨著Fe含量的增加催化劑(100 at%Fe除外)晶粒尺寸逐漸較小，比表面積逐漸增大。電化學(xué)測試后發(fā)