铜基过渡金属催化材料电沉积制备与性能的研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tank2203555
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电解水装置的能量来源是电化学能量间歇性转换为氢气和氧气,被认为是很有前景的新能源技术。目前人们已经做了很多基于贵金属材料、非贵金属材料甚至是无金属的复合配合物的材料用于电催化产氢、产氧的研究。但是由于贵金属在地球上的储存量有限,价格昂贵,无法进一步满足工业生产的需要,限制了大规模的生产和发展。因此寻求一种储量丰富,价格低廉,环境友好可替代贵金属催化剂的催化材料成为各国研究的热点。本文通过电沉积的方法分别在泡沫铜(CF)基底上合成两元FeSx/CF催化剂和三元S-NiFe2O4/Ni-Fe alloy/CF催化剂:(1)利用低共熔溶剂通过电沉积的方法将元素Fe和S沉积到泡沫铜(CF)基体表面,即为FeSx/CF。硫元素的引入使得催化剂微观结构发生明显改变,发现铁硫化合物纳米片相互交叉并且垂直生长,形成菜花状的纳米微球结构。在碱性溶液中,FeSx/CF电极材料表现出优异的催化水氧化和催化水还原性能。在10 m A cm-2对应的析氧和析氢过电位分别为340 m V和-178 m V(vs.RHE),并且经过24h析氢、析氧稳定性测试无明显衰减。(2)设计合成具有多孔结构的镍铁硫复合材料,多孔的镍铁硫纳米微球负载到泡沫铜(CF)表面,用于双功能高效全解水电催化剂。首先,测试了S-NiFe2O4/Ni-Fe alloy/CF催化剂在1.0 M KOH中的析氢反应,该复合材料具有优异的电催化活性,在10 m A cm-2下的析氢过电位为-66 m V。其次,S-NiFe2O4/Ni-Fe alloy/CF催化剂也可以应用于碱性析氧反应,在10 m A cm-2时的析氧过电位为220 mV,表现出良好的析氧性能。(3)制备的对称装置FeSx/CF电极,可由额定电压为1.67 V的电解池在1.0M KOH中驱动全解水。而用S-NiFe2O4/Ni-Fe alloy/CF电极组成的双电极体系,仅需要1.62 V的电池电压就能达到10 m A cm-2的电流密度,并且在10 mA cm-2的电流密度下连续电解60 h,其对应的电压几乎保持不变。综上所述,制备的S-NiFe2O4/Ni-Fe alloy/CF催化复合材料具有高效的电催化活性,为进一步提高硫化物的电催化全解水反应性能提供了崭新的思路。
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