NiFe基微球形層狀復合氫氧化物-氧化物的制備及析氧性能研究.pdf

1、氫能是一種清潔的無碳能源，具有儲量廣、熱值高和綠色環(huán)保等優(yōu)點，是一種理想的可再生非化石能源，然而目前氫能大規(guī)模應用面臨廉價制氫、安全儲氫和高效用氫三個問題。在制氫方面，電解水制氫因氫氣純度高、綠色環(huán)保和工藝簡單等優(yōu)點而倍受關注，但是其能耗過大嚴重制約著其規(guī)?；瘧?。能耗高的主要原因是電解池陽極催化劑的析氧超電勢過高。雖然Ru和Ir基貴金屬催化劑能有效降低超電勢，但其探明儲量少且價格高昂，難以實現(xiàn)大規(guī)模應用，因此，開發(fā)一類活性高且穩(wěn)定性好

2、的廉價非貴金屬析氧電催化劑具有重要的科學意義和實際應用價值。
　　層狀復合金屬氫氧化物(LDHs)是一種層板組成可調(diào)變、層間客體可交換的二維層狀結(jié)構材料，而且已有文獻報道含Co、Ni、Fe或Mn等過渡金屬元素的LDHs材料或其焙燒產(chǎn)物MMO具有突出的析氧電催化性能（活性和穩(wěn)定性）。但是，LDHs類材料容易發(fā)生團聚，導致有效比表面減小和穩(wěn)定性下降，不利于其活性組分析氧性能的充分發(fā)揮，因此，如何可控制備不易團聚的中空微球多級結(jié)構的高析

3、氧性能的LDHs材料或其焙燒產(chǎn)物是件亟待解決的關鍵問題。
　　本文基于無模板法一步水熱合成了Ni2Fe-LDH與CoxNi2-xFe-LDH中空微球材料，并對LDHs前驅(qū)體進行熱處理得到混合金屬氧化物中空微球，通過ICP-AES、XRD、SEM以及TEM等手段對樣品組成、結(jié)構、形貌等進行詳細表征與分析，采用旋轉(zhuǎn)盤電極、循環(huán)伏安和線性掃描等電化學技術對樣品在堿性電解質(zhì)電催化性能進行表征與分析。本文的主要研究結(jié)果如下:
　　(1

4、)以Ni(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O為原料，NH4F為形貌調(diào)控劑，CO(NH2)2為沉淀劑，通過一步水熱合成法可控制得了Ni2Fe-LDH中空微球。所制得的微球直徑尺寸在7～9μm范圍內(nèi)，組成微球的LDH片的大小約為1μm。研究結(jié)果表明，NH4F在微球形成的過程中同時起到形貌調(diào)控與化學誘導自轉(zhuǎn)變作用，基于反應時間的實驗證實微球的形成原理是Ostwald熟化。盡管在形成中空微球的過程中比表面是減少的，但是獨特的多級結(jié)

5、構導致電化學活性面積增大，當NH4F濃度為0.4M時，Ni2Fe-LDH中空微球的OER活性最佳，其在1mol·L-1的KOH溶液中的η10超電勢僅為290mV，Tafel斜率為51mV·dec-1，優(yōu)于貴金屬RuO2的性能。此外，經(jīng)過2000次CV循環(huán)后其η10超電勢僅增加12.9％，表現(xiàn)出了優(yōu)異的電催化穩(wěn)定性。
　　(2)以Co(NO3)2·6H2O、Ni(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O為原料，NH4F為形貌

6、調(diào)控劑，CO(NH2)2為沉淀劑，通過一步水熱合成法制得不同Co、Ni比例的CoxNi2-xFe-LDH中空微球材料。研究結(jié)果表明，引入的C02+導致高導電性的NiⅢOOH在低電位更容易生成，其中Co1Ni1Fe-LDH中空微球樣品的OER活性達到最高，η10超電勢為290mV。以CoxNi2-xFe-LDH為前驅(qū)體，通過不同溫度焙燒得到系列不同組成的ComNi2-mFeOx-MMO中空微球材料，前驅(qū)體的形貌得到完全保留。當焙燒溫度的升