基于3d過渡金屬氫氧化物的電催化劑表界面設計與活性位點調控研究.pdf

1、3d過渡金屬(鐵、鈷、鎳等)氫氧化物及其衍生物具有獨特的物理化學特性,是設計和制備低成本、高活性、高穩(wěn)定性電催化劑的科學基礎。首先,氫氧化物具有比表面積大,表面組分、表面帶電性質和表面催化活性中心易于調控等優(yōu)點,可用做基底材料負載和錨定貴金屬納米顆粒,提高顆粒的分散度和穩(wěn)定性;其次,鐵、鈷、鎳等3d過渡金屬氫氧化物可作為制備衍生磷化物電催化劑的反應前驅體,這類磷化物電催化劑有望在電催化小分子轉化等能源應用領域展現(xiàn)出優(yōu)異的效能。本論文研究

2、中,通過在氫氧化物基底上構筑特異性的位點來增強金屬/氫氧化物基底間相互作用,提高了負載催化劑的穩(wěn)定性;通過雙金屬位點共摻雜等缺陷工程的協(xié)同作用,實現(xiàn)了氫氧化物衍生磷化物電催化劑活性的大幅提升。論文所取得的主要研究成果如下:
　　1.在氫氧化物表面構建原子尺度的特異性位點(site-specific),增強Pt納米顆粒與基底間的相互作用,提高負載Pt電催化劑在電催化甲醇氧化過程中的穩(wěn)定性。以Ni(OH)2為電催化劑主體,在其層狀結構

3、中引入Fe3+,部分取代Ni2+形成不飽和的Fe3+位點,該位點帶有正電荷,能通過靜電作用吸附氯鉑酸根離子,隨后的光化學還原過程中,在層狀復合氫氧化物表面生長出高分散性的納米或亞納米級Pt顆粒;電化學測試結果與理論計算表明,在Ni(OH)2晶格中中引入Fe3+部分替代Ni2+后,可以在金屬-氫氧化物界面處形成強Fe3+-O(H)-Pt界面鍵合,從而顯著提高負載鉑催化劑的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　2.雙金屬位點摻雜協(xié)同調制磷化鈷(CoP)電

4、催化劑的產(chǎn)氫效能。首先在Co(OH)2層狀主體結構中引入Mo6+和Al3+,使之與Co2+形成結構穩(wěn)定的MO6(M=Co,Al,Mo)共邊八面體,從而提高這種三元復合氫氧化物(CoMoAl-OH)的結晶性和高溫穩(wěn)定性;隨后,通過高溫磷化處理將CoMoAl-OH轉變?yōu)镸o、Al共摻的CoP納米晶。1M KOH水溶液中的電催化產(chǎn)氫測試表明:測試初期,Mo、Al共摻的CoP電催化劑為驅動10mA cm-2的電流密度所需過電勢為64mV,隨著測