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注，有望成為未來的重要能源。在氫能的應用中，儲氫是前提，制氫是關鍵。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)模應用。目前電解水制氫技術能耗主要集中在陽極析氧反應，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

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，通過化學改性和結構改性可以進一步提高過渡金屬氧化物催化劑的析氧性能。
　　基于此，本文通過元素摻雜以及納米調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構、組成成分與催化性能之間的關系。具體內容有：
　　(1)通過空氣氛圍下350℃熱分解NiFe基配位聚合物前驅體制

3、備了不同F(xiàn)e摻雜量的一維Ni1-xFexOy(0≤x≤1)多孔納米棒，結構表征結果表明隨著Fe含量的增加催化劑晶粒尺寸先減小后增加且物質組成發(fā)生改變，當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的異質結構，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。電化學測試結果表明隨著Fe含量的增加析氧性能先增強后降低，其中NiO/N

4、iFe2O4的異質結構(33 at%Fe)性能最優(yōu)，過電位為302 mV，Tafel斜率為42 mV/dec。根據(jù)結構與性能的結果，深入研究了其構效關系。
　　(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。結構表征顯示300℃時前驅體還原不完全，450℃時催化劑中出現(xiàn)α-Fe2O3。電化學測試結果表明350℃時得到的NiO/NiFe2O4異質結構性能最優(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。通過結構表征發(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。電化學測試后發(fā)