牺牲模板法制备中空过渡金属氢氧化物及电催化析氧性能

作     者：杨琳琳 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张彬

授予年度：2018年

学科分类：081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：牺牲模板法 析氧催化剂 Ni(OH)2中空立方体 NiFe(OH)x中空立方体 

摘      要：由于氧析出反应(OER)多步质子耦合电子转移引起缓慢的动力学,所以OER更具挑战性并且在热力学和动力学上要求更苛刻。目前,最高效的OER催化剂仍然是贵金属氧化物(RuO和IrO),但这种催化剂的高成本和稀缺性阻碍了它们在能量转换系统中的规模化应用。因此,大量的研究致力于制备价格低廉、催化性能好且稳定性好的非贵金属电极催化剂促进电催化分解水析氧反应来代替Ru/Ir的化合物。通过对OER催化剂的研究可以发现,大量的研究以过渡金属,如Fe、Co和Ni的氢氧化物作为OER催化剂,这是因为过渡金属氢氧化物作为OER催化剂不仅性能优异而且这几种过渡金属元素廉价易得,刚好满足理想OER催化剂的设想。中空材料由于其可以暴露更多的催化活性位点以实现优异的性能而受到极大的关注,最近发现一种利用过渡金属氧化物作为牺牲模板,如CuO纳米立方体,制备中空过渡金属氢氧化物,这种方法简单高效,不需要进一步去除模板,而且可以通过调节模板的形貌和尺寸来控制目标产物的形貌和尺寸。因此综合以上因素本课题拟先制备CuO立方体模板然后用牺牲模板法制备过渡金属氢氧化物。为考察催化剂的尺寸对其催化性能的影响,本课题选用不同尺寸(50 nm,500 nm)CuO立方体做为牺牲模板制备过渡金属(Fe,Co,Ni)氢氧化物作OER催化剂并比较尺寸对催化剂的影响。结果表明,对于不同尺寸的CuO立方体模板,Fe、Co和Ni的氢氧化物都成功制备且都保持了模板的形貌并具有中空的结构。因为双金属氢氧化物催化剂较单一金属氢氧化物催化剂具有更优异的催化性能,所以拟用50 nm CuO立方体为牺牲模板合成NiFe(OH)、NiCo(OH)、NiMn(OH)等三种双金属氢氧化物。测试结果表明,该方法成功制备了双金属氢氧化物并具有中空立方体的结构。对所有制得的样品在1 mol/L的KOH电解液中进行OER测试,并比较它们对OER的电催化活性。