Co-Ni氫氧化物的制備及其電催化析氧性能研究.pdf

1、許多重要的化學(xué)和能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的速率和效率均受限于電催化析氧反應(yīng)(OER)。研發(fā)性能優(yōu)秀、來(lái)源豐富且價(jià)格低廉的陽(yáng)極析氧催化劑是研究電催化析氧的一個(gè)重要探索方向。針對(duì)以上問(wèn)題，本文開(kāi)展了Co2Ni(OH)x的制備及其電催化OER性能的研究。
　　本課題分別以CoCl2、NiCl2為Co源和Ni源，Na3C6H5O7(檸檬酸三鈉，TSC)作為絡(luò)合劑，采用室溫超聲共沉淀法制備了無(wú)定形Co2Ni(OH)x。通過(guò)線性伏安掃描、計(jì)時(shí)電位等電化學(xué)

2、方法測(cè)試了堿性條件下OER電催化材料的性能及其析氧穩(wěn)定性。探究了材料制備過(guò)程中Co、Ni摩爾比，溫度，TSC，超聲，共沉淀這五個(gè)因素對(duì)催化劑電催化析氧性能的影響。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Co、Ni摩爾比為2:1、溫度為20.0℃、添加TSC作為絡(luò)合劑，且超聲的條件下制得的Co2Ni(OH)x具有最優(yōu)的電催化析氧性能。在0.900 V vs. HgO/Hg電位時(shí)的電流密度J可達(dá)29.87 mA/cm2， Tafel斜率為79.70 mV/dec，電

3、流密度10.00 mA/cm2時(shí)的過(guò)電位η僅為431 mV，20.00 mA/cm2電流密度下的過(guò)電位η為500 mV，同一擔(dān)載量時(shí)的OER電催化性能甚至優(yōu)于商業(yè)貴金屬I(mǎi)rO2催化劑。同時(shí)，該催化劑在堿性條件下具有較高的穩(wěn)定性，在對(duì)工作電極施加20.00 mA/cm2的電流8000 s后，電催化析氧性能依舊可保持穩(wěn)定。最優(yōu)制備條件下制得的Co2Ni(OH)x在η為431 mV時(shí)質(zhì)量活性MA為66.67 A/g，轉(zhuǎn)換頻率TOF為0.039

4、28 s-1，雙電層電容Cdl值為2415μF/cm2，表面粗糙因子Rf為40.25。通過(guò)場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡、場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡X射線能譜、X射線衍射、傅里葉紅外光譜、拉曼光譜、X射線光電子能譜等表征，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)性能材料形貌為顆粒狀，其Co、Ni含量比接近2:1，組成為Co2Ni(OH)x，并解釋了材料電催化析氧性能較優(yōu)的原因可能是材料的無(wú)定形結(jié)構(gòu)使其擁有足夠多且可作為OER催化活性中心位點(diǎn)的固態(tài)氧化還原電對(duì)Ni2+/Ni3+和Co2+/Co