鎳鐵基三維析氧電極的設計構筑及其電催化性能研究.pdf

1、化石燃料作為目前能源的主體在地球上儲量有限，其燃燒所帶來的環(huán)境污染問題日益嚴峻，因此開發(fā)清潔可再生能源受到了科學家們的廣泛關注，其中氫能作為最理想的綠色能源備受青睞。在眾多制氫工藝中，電解水制氫前景廣闊，因其具有原材料豐富、制備工藝過程簡單和制備的氫氣純度高等優(yōu)點。但是電解水制氫過程中能耗較大，成本很高，嚴重阻礙了其廣泛應用。電解水過程中的析氧反應涉及多步質子-電子的轉移，會形成多個中間體，致使其是一個緩慢的動力學過程。因此開發(fā)具有高電

2、催化活性、低過電勢、原材料豐富、長壽命的陽極析氧電極材料顯得格外重要。
　　本論文中，通過可控合成鎳（鐵）基納米片前驅體，結合水熱硒化的方法獲得多孔鎳（鐵）硒化物納米片三維析氧電極，對合成的多孔鎳（鐵）硒化物納米片及鎳（鐵）基納米片前驅體三維析氧電極進行電催化析氧性能測試，探究了鐵元素的引入和硒化對電催化性能的影響。針對電極材料生長基板的問題，利用“還原氧化石墨烯/泡沫鎳（rGO/Ni）”復合結構作為基板，在其表面原位生長鎳鐵基層

3、狀雙氫氧化物（NiFe-LDH），并研究了該電極的析氧活性。本文主要研究成果如下：
　?。?）多孔鎳（鐵）硒化物納米片及其前驅體的可控制備。通過水和乙二醇的混合溶劑熱法，優(yōu)化 NH4F、Ni/Fe比例和溶劑成分，制備了生長在碳纖維布上的超薄、均一鎳（鐵）基納米片前驅體。進一步通過對前驅體的水熱硒化，制得多孔鎳（鐵）硒化物納米片三維電極，對材料的形貌、物相、元素含量等進行表征，確定鎳（鐵）硒化物納米片的組成分別為NiSe2和(Ni0

4、.75Fe0.25)Se2。
　　（2）鎳（鐵）硒化物三維析氧電極的電催化性能測試。研究發(fā)現(xiàn)多孔鎳鐵硒化物（(Ni0.75Fe0.25)Se2）納米片三維電極的催化活性最為優(yōu)異：35 mA cm-2電流密度下過電勢僅為255 mV，塔菲爾斜率可達47.2 mV dec-1。硒化處理產生的多孔結構可大幅增加電極與電解液的有效接觸面積，且在增強電子電導的同時能夠促進氧氣析出，從而提升電極催化活性。
　?。?）基于 rGO/Ni基