溶膠—凝膠為前驅(qū)體的LaNiO-,3-微波合成及其電催化氧還原、析出機理的研究.pdf

1、雙功能氧電極由于對氧還原反應和氧析出反應都具有很高的催化活性和穩(wěn)定性從而在再生燃料電池和金屬-空氣電池中具有重要的應用。穩(wěn)定、高效的催化劑是制備高效能的雙功能氧電極的關鍵因素之一。本論文以鈣鈦礦型雙功能氧電極催化劑LaNiO3為研究對象，運用多種物理、化學的分析和測試手段以及電化學研究方法，系統(tǒng)研究了催化劑和雙功能氧電極的制備工藝，深入討論檸檬酸配比對LaNiO3催化劑和雙功能。氧電極電化學性能的影響。第一次用微電極法研究了LaNiO3

2、的本征電化學性能和電催化氧還原和析出反應的機理。首次利用直接微波法合成了LaNiO3，并對合成的催化劑的電催化性能和催化機理作進一步深入的研究。 通過TG-DTA、XRD和ESEM等測試手段確定了以溶膠一凝膠為前驅(qū)體的LaNiO3馬弗爐法和微波法合成的最佳工藝，通過極化曲線確定了氧電極的最佳組分配比。馬弗爐法合成LaNiO3時，檸檬酸配比對凝膠的形成，干凝膠的灰化溫度、灰化機理、灰化產(chǎn)物的形貌，LaNiO3的形成機理、表面形貌、

3、物相組成、成分均有較大的影響。微波法合成LaNiO3時，配比為La3+:Ni2+：H3Cit=1:1:0.4～1:1:1.0時前驅(qū)體中含有吸收微波能力較強的無定型LaNiO3和NiO，能夠合成含La4Ni3O10、La2NiO4、NiO雜相的LaNiCh。 通過XRD物相和晶相分析，XPS、EDS表面元素分析，陰極和陽極極化曲線和循環(huán)伏安曲線測試，電化學交流阻抗分析以及極化曲線的數(shù)學處理等手段研究了不同檸檬酸配比制備的LaNiO

4、3電催化劑和氧電極的電化學性能。發(fā)現(xiàn)不同配比檸檬酸合成的LaNiO3對氧的還原反應和析出反應的催化能力有較大差異。這是由于不同檸檬酸配比合成的LaNiO3的晶相、形貌、粒徑、體相和表面元素分布、表面氧種有較大的差異造成的。配比為La3+：Ni2+：H3Cit=1:1:0.6時合成的納米棒狀的LatNiO3催化劑Ni滾面活性中心多，顆粒細小、均勻，比表面積大，對氧的還原反應和析出反應均有較好的催化活性；配比為La3+：Ni2+：H3Cit

5、=1:1:3.0時合成的微米級片狀的LaNiO3，表面有較多的Ni活性中心和有序化的晶格氧缺陷，催化劑對氧還原反應的催化性能較好。配比為La3+：Ni2+：H3Cit=1:1:0.6時，微波法合成的LaNiO3由于含有較多的導電性好、催化活性高的La4Ni3O10和扭曲的LaNiO3，催化氧還原反應和氧析出反應的能力均比相同條件下馬弗爐法合成的LaNiO3高。 本論文還對LaNiO3電催化劑的工作機理進行了探討，通過粉末微電極和