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氢气(H2)具有能量密度高、可再生、可燃、燃烧可零温室气体排放等优点,是理想的可持续清洁能源载体。目前,电解水是较理想的制氢方式之一,但对淡水的严重依赖限制了其发展。电解海水可有效解决对淡水资源的依赖,有望获得几近无穷的清洁氢能,但电解海水制氢面临着阳极氯离子氧化的竞争性反应以及氯离子对电极材料的腐蚀等严峻问题。因此,开发用于海水的高效选择性析氧反应(OER)电催化剂对实现海水电解具有重要的理论和实际意义。贵金属二氧化铱(Ir O2)、二氧化钌(Ru O2)是优异的OER催化性能,但其在海水电解过程中性能不稳定,而且存在储量有限和价格不菲的缺点,在商业应用上很难得到大规模推广。基于此,本文制备了两种过渡金属镍铁氢氧化物(NiFe-LDH)基催化剂材料,并研究了其在碱性模拟海水(1 M KOH+0.5 M NaCl)和碱性海水(1 M KOH+海水)中的电催化性能。(1)采用溶剂热法在泡沫镍(NF)基底上合成了钼酸镍纳米棒(NiMoO4/NF),其可以垂直生长在泡沫镍基底上。对NiMoO4/NF通过水热法进行硫化改性,得到催化剂S-NiMoO4/NF。硫改性后可以提高材料的导电能力、抗氯离子腐蚀能力以及催化析氢的活性。采用三电极体系在S-NiMoO4/NF表面电沉积NiFe-LDH,制备S-NiMoO4@NiFe-LDH三维核壳异质结构催化剂。在1 M KOH+0.5 M NaCl中,S-NiMoO4@NiFe-LDH在HER和OER反应中达到100 m A cm-2的电流密度时分别需要170 m V和273 m V的过电位,小于诱发Cl-氧化生成Cl O-的过电位(480m V),且优于所报道的大多数催化剂。计时电流结果显示,S-NiMoO4@NiFe-LDH经20 h测试后,OER和HER的电流密度都没有明显衰减,测试后催化剂的XPS表明,OER稳定性测试后有大量SO42-生成,其对Cl-产生静电排斥作用,使得该催化剂具有良好的耐氯离子腐蚀性能;而HER的测试没有影响元素价态变化,与计时电流测试结果一致。该催化剂同时作为阳极和阴极催化剂组成两电极体系,在1 M KOH+0.5 M NaCl和1 M KOH+海水的电解质中,达到100 m A cm-2电流密度的电解电压分别为1.68 V和1.73 V,两电压值均小于贵金属Pt/C||Ir O2的性能(1.73 V和1.81 V),该电解槽在碱性模拟海水和碱性天然海水均表现出了良好的稳定性。(2)在泡沫镍基底上通过水热法首先合成纳米花状的NiFe-LDH;采用电沉积法在其表面沉积CeO2纳米颗粒,制得了CeO2@NiFe-LDH催化剂,并研究了其在含氯电解质中的析氧反应(OER)催化性能。在1 M KOH+0.5 M NaCl中的电化学测试显示,过电位265 m V可以使CeO2@NiFe-LDH在OER反应中产生100 m A cm-2的电流密度,塔菲尔(Tafel)斜率值是47.7 m V dec-1,优于单独的NiFe-LDH和CeO2@NF催化性能。主要原因可能是,引入CeO2为催化界面提供的氧空位以及与NiFe-LDH形成的异质界面均使催化剂活性得到了提高。由于天然海水中存在复杂多样的物种,CeO2@NiFe-LDH在1 M KOH+海水中,285 m V过电位下产生电流密度100 m A cm-2。在1 M KOH中对CeO2@NiFe-LDH进行测试,发现其极化曲线(262 m V过电位产生电流密度100 m A cm-2)和Tafel值(42.9m V dec-1)都与1 M KOH+0.5 M NaCl的十分接近,而两种电解液中NiFe-LDH的性能有较大差别,说明CeO2@NiFe-LDH在催化OER时不受Cl-的影响,即Cl-不改变该催化剂OER反应的内在动力学。NiFe-LDH在1 M KOH电解液中可以稳定运行30 h,在1 M KOH+0.5 M NaCl电解液中30 h的计时电流曲线显著下降。然而,CeO2@NiFe-LDH在1 M KOH+0.5 M NaCl电解液中能稳定运行30 h,该结果表明,CeO2层可有效抑制Cl-对催化剂的腐蚀。因此,CeO2@NiFe-LDH在含氯离子电解液中表现出了优异的OER催化活性和稳定性。