鋁-空氣電池陰極反應(yīng)催化劑BiOX(X=Cl,Br,I)的合成、表征及電化學(xué)性能研究.pdf

1、簡要介紹了鋁-空氣燃料電池、空氣電極和空氣電極催化劑的發(fā)展現(xiàn)狀、進展以及存在的主要問題。采用水熱法分別制備出BiOCl納米片自組裝微米體，及超薄納米片BiOX(X=Cl，Br，I);采用溶劑熱法制備了花球狀微米粒BiOX(X=Cl，Br)，采用粉末X射線衍射(XRD)對BiOX(X=Cl，Br，I)催化劑結(jié)晶度進行分析，并通過掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)研究了BiOX(X=Cl，Br，I)催化劑的微觀形貌。通過測定

2、極化曲線和恒流放電曲線分別研究了不同催化劑對空氣電極性能的影響，用循環(huán)伏安法和交流阻抗法初步研究了載有不同催化劑的空氣電極，通過氧還原動力學(xué)研究催化劑在氧還原過程中采取的電子轉(zhuǎn)移途徑。主要研究成果如下:
　　(1)在前驅(qū)體濃度為0.18mol· L-1，反應(yīng)溫度為180℃，反應(yīng)時間6h，pH=3的條件下，水熱法制備的BiOCl(0.18)納米片自組裝微米體催化劑性能最佳。通過極化曲線可以看出，BiOCl(0.18)納米片自組裝微米

3、體可以明顯的降低電極極化，氧還原電流密度達(dá)到557mA·cm-2，電化學(xué)性能優(yōu)于目前常用的MnO2催化劑。在恒流放電曲線中，載有BiOCl(0.18)催化劑的空氣電極穩(wěn)定電壓始終高于載有MnO2的空氣電極，在高電流密度條件下，載有BiOCl(0.18)催化劑的空氣電極仍可達(dá)1.28V。氧還原動力學(xué)研究結(jié)果顯示BiOCl(0.18)采取2-電子轉(zhuǎn)移途徑。通過大量研究發(fā)現(xiàn)，BiOCl催化活性與氧空位濃度密切相關(guān)，而(001)面氧空位濃度最高

4、。因此，導(dǎo)致BiOCl(0.18)高催化活性的根本因素是其(001)面百分含量為85％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他BiOCl樣品。
　　(2)采用水熱法合成了BiOX(X=Cl，Br，I)超薄納米片，其中BiOCl超薄納米片催化劑性能最佳。通過極化曲線測試，BiOCl超薄納米片能夠有效降低電極極化，氧還原電流密度達(dá)到483 mA· cm-2，電化學(xué)性能優(yōu)于其他鹵氧鉍催化劑。交流阻抗測試中，BiOCl超薄納米片相對于BiOBr和BiOI超薄納米片

5、表現(xiàn)出較低的內(nèi)阻。氧還原動力學(xué)研究結(jié)果顯示，超薄納米片BiOCl采用4-電子轉(zhuǎn)移途徑，超薄納米片BiOBr和BiOI則采取2-電子轉(zhuǎn)移途徑。
　　(3)采用溶劑熱法合成BiOX(X=Cl，Br)花球狀微米球，其中BiOBr花球狀微米球催化劑性能最佳。通過極化曲線測試，載有BiOBr花球狀微米球的空氣電極氧還原電流密度達(dá)到434mA·cm-2。交流阻抗測試中，無論在開路電壓還是偏置電壓為-0.3V條件下，BiOBr花球狀微米球相對于