NiFe基微球形層狀復(fù)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(chǔ)量廣、熱值高和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)用面臨廉價(jià)制氫、安全儲(chǔ)氫和高效用氫三個(gè)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而倍受關(guān)注，但是其能耗過大嚴(yán)重制約著其規(guī)?；瘧?yīng)用。能耗高的主要原因是電解池陽(yáng)極催化劑的析氧超電勢(shì)過高。雖然Ru和Ir基貴金屬催化劑能有效降低超電勢(shì)，但其探明儲(chǔ)量少且價(jià)格高昂，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，因此，開發(fā)一類活性高且穩(wěn)定性好

2、的廉價(jià)非貴金屬析氧電催化劑具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　層狀復(fù)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(gòu)材料，而且已有文獻(xiàn)報(bào)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(tuán)聚，導(dǎo)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(tuán)聚的中空微球多級(jí)結(jié)構(gòu)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(guān)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(duì)LDHs前驅(qū)體進(jìn)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(duì)樣品組成、結(jié)構(gòu)、形貌等進(jìn)行詳細(xì)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(xué)技術(shù)對(duì)樣品在堿性電解質(zhì)電催化性能進(jìn)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(shí)起到形貌調(diào)控與化學(xué)誘導(dǎo)自轉(zhuǎn)變作用，基于反應(yīng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)證實(shí)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(dú)特的多級(jí)結(jié)

5、構(gòu)導(dǎo)致電化學(xué)活性面積增大，當(dāng)NH4F濃度為0.4M時(shí)，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(shì)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(shì)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(dǎo)致高導(dǎo)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(dá)到最高，η10超電勢(shì)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(dāng)焙燒溫度的升