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一种高效稳定的高熵合金电催化剂用于析氢反应

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第7期62卷 156-165页

作者：赵贵路宽李玉楠卢发贵高朋南兵李丽娜张熠霄徐鹏涛刘晰陈立桅上海交通大学化学化工学院物质科学原位中心上海200240 上海交通大学变革性分子前沿科学中心上海200240 上海交通大学上海电化学能源器件工程技术研究中心上海200240 中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室山西太原030001 上海高等研究院上海同步辐射光源上海201204

水分解是一种利用可再生能源驱动的绿色制氢方法,零碳排放特性使其成为解决氢能源生产的重要途径.在电化学水分解中,制备高活性和稳定性的催化剂至关重要.高熵合金(HEAs)由于独特的结构和性能使其成为理想的催化剂材料,其多元成分和可... 详细信息

水分解是一种利用可再生能源驱动的绿色制氢方法,零碳排放特性使其成为解决氢能源生产的重要途径.在电化学水分解中,制备高活性和稳定性的催化剂至关重要.高熵合金(HEAs)由于独特的结构和性能使其成为理想的催化剂材料,其多元成分和可调组成提供了丰富的表面活性位点和灵活的催化特性,有望提高水分解的效率并降低成本.然而,简易高效地制备HEAs仍面临挑战,且目前对HEA催化剂的结构-活性关系的了解存在不足.因此,探索一种简便有效的方法用以制备高性能HEAs催化剂,并深入理解其在水分解反应中的作用机制和结构演变,能够为未来绿色制氢技术的发展提供重要的科学基础和技术支持.本文采用了电化学测量、CuK-边和PtL3-边的原位同步辐射X射线吸收光谱(XAS)测试以及密度泛函理论(DFT)计算相结合的方法,系统地研究了高熵合金电催化剂PtPdRhRuCu/C的析氢反应(HER)活性、反应机制以及结构演变规律.PtPdRhRuCu HEAs纳米颗粒由简便的一步溶剂热法制备,直径约为6.7±0.6 nm,其合金结构和元素分布通过多种表征手段(扫描透射电子显微镜、X射线衍射和能量色散X射线光谱等)得到确认.XAS对Cu K-边和PtL3-边的分析结果显示,HEAs纳米颗粒表面的少量铜氧化物在HER过程中被还原至金属态.扩展X射线吸收精细结构的拟合结果表明,HEAs在工况HER中保持了金属态和无序的原子排列,没有新的分离相形成.电化学测试结果表明,得益于多金属活性位点,PtPdRhRuCu/C催化剂在酸性和碱性条件下均表现出较好的HER活性和耐久性.在10 m Acm^(-2)的电流密度下,该催化剂在1molL^(-1)KOH中具有23.3 m V的极低过电位,优于商业Pt/C催化剂(50.3 m V),其质量活性是Pt/C的7.9倍,达到3.0 Amg^(-1)***的高熵效应显著提升了催化剂在HER中的长期稳定性,在稳定性测试中,PtPdRhRuCu/C催化剂在10000次循环伏安测试后几乎无性能衰减,而Pt/C的过电位增加了约24 m V.在-55 m V过电位下的30 h的HER测试中,PtPdRhRuCu/C保持95.7%的初始电流密度,而Pt/C衰减了53.6%.在酸性条件下,PtPdRhRuCu/C的循环稳定性和耐久性也优于Pt/***计算结果表明,PtPdRhRuCu/C较好的HER性能和稳定性归因于高熵合金的协同效应,多金属成分提供了多样的活性位点,优化了HER反应路径,特别是在Volmer步骤中降低了水裂解的反应能垒.PtPdRhRuCu/C上的HER过程遵循Volmer-Tafel机理,水分子优先吸附在Ru位点,促进HO-H键的解离,解离出的质子迁移到Pt上,而OH通过Ru和Rh的桥接作用而稳定,最终在Cu上释放H2.综上,本文展示了高熵合金在HER中较好的性能,并通过详细的表征深入理解了其构-效关系.研究成果为高熵合金催化剂的合理设计和应用提供理论支持,为未来高效、耐久和低成本的绿色制氢技术提供重要的科学依据和技术支持.

关键词：析氢反应高熵合金原位X射线吸收光谱一步溶剂热法低过电位

低能耗电解制氢用NiMoO4-P/NF阴极与NiFe/NiMoO4/NF阳极研究

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低能耗电解制氢用NiMoO4-P/NF阴极与NiFe/NiMoO4/NF阳极研究

作者：仝思远北京化工大学

学位级别：硕士

为了解决能源短缺和环境污染所带来的一系列问题,有必要寻找一种清洁无污染的新能源。氢气作为最有发展潜力的新能源逐渐受到人们的关注。而电解水制氢作为一种生产高纯氢的方法,可以将可再生风能和太阳能的间歇电能转化/储存起来。电... 详细信息

为了解决能源短缺和环境污染所带来的一系列问题,有必要寻找一种清洁无污染的新能源。氢气作为最有发展潜力的新能源逐渐受到人们的关注。而电解水制氢作为一种生产高纯氢的方法,可以将可再生风能和太阳能的间歇电能转化/储存起来。电解水反应由阴极上的析氢反应(HER)和阳极上的析氧反应(OER)两个半反应组成。然而由于阴极和阳极上的过电位较大,导致较低的电解水效率。目前,最高效的HER催化剂是Pt系贵金属催化剂,最有效的OER催化剂是Ru和Ir系的贵金属催化剂。然而这些贵金属材料的稀缺性,高成本和差的稳定性极大限制了其大规模应用的潜力。因此开发出一种具有高催化活性,低过电位和良好的稳定性的地球资源丰富,成本低廉的过渡金属电催化剂就变得至关重要。本论文利用水热反应在泡沫镍生长出的钼酸镍微米柱作为前驱体,再通过磷化法和电沉积法制备出NiMo04-P/NF和NiFe/NiMo04/NF电极,并将其分别作为析氢和析氧催化剂,应用于全水电解中,主要研究内容如下:首先在泡沫镍基底上通过水热反应制备出了镍钼基前驱体NiMoO4/NF,形成微米柱结构,然后利用磷化法将P元素掺杂入NiMoO4/NF形成NiMo04-P/NF。通过改变磷源的含量,磷化恒温时间,磷化温度等条件最终确定了最佳的制备条件为3.96g次磷酸钠,磷化温度为400℃,恒温时间为30 min。该条件下制备出的NiMoO4-P/NF具有优异的析氢性能,在10 mA/cm2和100 mA/cm2电流密度下的过电位仅为34 mV和130 mV。因为短时间磷化过程生成的磷化镍和磷酸镍附着在微米柱上形成了粗糙的表面,一方面能够扩大活性比表面积,一方面磷酸镍作为保护层,能够有效提升材料的耐碱性,提升性能和结构的稳定性。其次利用NiMoO4/NF的微米柱结构,通过电沉积法在柱子的端面形成了致密的NiFe(OH)x纳米片结构,制备出了具有多级复合结构的NiFe/NiMoO4/NF电极,NiFe元素的掺入所形成的多孔纳米片结构能够进一步扩大电极的活性比表面积,为电子转移和气体逸出提供快速便捷的通道,所以使得材料的析氧性能得到了大幅提升,在10 mA/cm2和100 mA/cm2下的过电位仅需210 mV和300 mV。同时经过20 h的稳定性测试,NiFe(OH)x纳米片结构仍然保持完整。分别将NiMo04-P/NF和NiFe/NiMoO4/NF电极作为全水电解中的阴极和阳极,当达到10 mA/cm2和100 mA/cm2电流密度时,全水电解电位仅为1.47 V和1.66 V。在稳定性测试中分别能够保持1.47 V和1.66 V的性能长达100h和50h。具有优异的稳定性。由此实现了大幅度降低电解能耗的目标。

关键词：多级结构镍钼基析氢析氧低过电位

过渡金属氧化物三维分级纳米结构的构筑及其电催化性能研究

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过渡金属氧化物三维分级纳米结构的构筑及其电催化性能研究

作者：陈丽北京交通大学

学位级别：硕士

能源需求的增加使有限的化石燃料枯竭的负担变得更加沉重,为了寻找环保、可再生的绿色能源,克服未来能源的焦虑,政府鼓励科学家们寻找新的可代替能源。氢作为一种新型绿色资源,具有零碳排放、能量密度高以及高能量转换效率的特点。电解... 详细信息

能源需求的增加使有限的化石燃料枯竭的负担变得更加沉重,为了寻找环保、可再生的绿色能源,克服未来能源的焦虑,政府鼓励科学家们寻找新的可代替能源。氢作为一种新型绿色资源,具有零碳排放、能量密度高以及高能量转换效率的特点。电解水制氢是零碳排放、大规模产生氢的重要技术之一。但是高纯度、大规模地生产氢具有一定难度,因为电解水反应实际需要一个较高的电位,约为1.8-2 V。这明显大于理论分解电压1.23 V。这个电势电位与催化活性相关,被用来在阳极电极发生析氧反应,在阴极发生析氢反应。因此,活性好、效率高的催化剂必须要在合理的电流密度下,减少电极过电位以确保电解水反应过程变得更节能。到目前为止,对析氢反应来说,铂及类以铂为基础的材料是最好的催化剂。Pt在微不足道的过电位下表现出较高的阴极电流密度。然而,贵金属及其化合物属于稀缺性资源,并且成本较高,这限制了其大规模的应用。大多数的以非贵金属氧化物为基础的电极材料迄今少有作为析氢和析氧的双功能催化,高活性催化剂的报道。这是因为同一电解质环境下,不适当的晶体结构会使电极材料导电性降低,从而阻碍其在全水分解过程中的适用性。因此,设计并构筑具有具有特定形貌结构的高活性、高耐用性、价格低廉的非贵金属催化剂成为当下研究的热点。本文结合当下非贵金属催化剂的研究现状,主要做了以下两方面的进展工作:(1)构筑了一种新型三维Cu2O @ MnO2核/壳纳米线阵列结构电极。基于三维网状导电基底泡沫铜,在其表面生长Cu2O纳米线阵列作为核芯材料,MnO2纳米片作为包覆层材料。性能优异的的Cu2O @ MnO2 NW/NS阵列具有很高的催化活性和很强的耐久性。在电流密度为10mA/cm2时,过电位为132 mV(相对于标准析氢电位)。这是纯锰氧化物/氢氧化物催化剂活性应用于的析氢反应的第一个示范。此外,仔细分析和表征后,我们发现Cu2O@Mn02NW/NS高活性主要来源于水钠锰矿型MnO2(δ-MnnO2)到Mn(OH)2的演变。在电催化反应中,Mn(OH)2的是高度活跃的析氢催化剂。这些研究结果将为其他锰基催化剂的探索提供了新的试验与理论依据。(2)构筑一种简便的方法在泡沫镍表面原位制备活性高、多层次结构的NiCo2O4纳米线@NiCo02纳米线树枝状结构。基于三维网状导电基底泡沫镍,得到的电极材料表现出分层的树枝状结构,其中NiCo2O4纳米线为骨干,NiCoO2纳米线的分支。所制备的NiCo2O4 @NiCoO2 NW/NW纳米材料具有显著的催化活性和良好的耐久性。在1MKOH电解液中,当电流密度为10mA/cm2时,析氢过电位为165 mV,析氧过电位为291 mV,全水分解电压为1.756 V。这是NiCo2O4@NiCoO2 NW/NW复合树枝状结构的用作双催化功能的电极材料在碱性溶液中的第一次报告。本论文的方法提供了一种简便的方式来探索新的纳米催化剂的应用。

关键词：析氢反应非贵金属分级结构低过电位水分解

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自支撑电催化剂的制备及其性能研究

自支撑电催化剂的制备及其性能研究

作者：熊图治湖南大学

学位级别：硕士

随着化石能源的短缺以及人们对于生态环境的日益重视,电解水制氢用于能源存储于转换作为一种绿色清洁可持续的能源利用方式,得到越来越多的重视。通过催化剂降低水分子分解的能垒,可以使所需加载的分解电压尽可能靠近水分解的理论电压,... 详细信息

随着化石能源的短缺以及人们对于生态环境的日益重视,电解水制氢用于能源存储于转换作为一种绿色清洁可持续的能源利用方式,得到越来越多的重视。通过催化剂降低水分子分解的能垒,可以使所需加载的分解电压尽可能靠近水分解的理论电压,但是贵金属催化剂储量较少、价格高昂,某些非贵金属催化剂可以接近甚至超越贵金属催化剂的催化性能,但是制备繁琐,且非贵金属催化剂大多以粉末的形式存在,粘结于相应载体才能用于水分解时,在较大电流密度下使用时,随着氢气和氧气大量析出,在电极附近产生剧烈扰动,催化剂颗粒容易从载体脱落,导致催化剂性能降低。因此本文以泡沫铜和304不锈钢作为研究对象,将其制备为本身既是载体又是活性材料且具有双功能电催化性能的的功能一体化电催化剂,并对其制备方法和电催化性能进行系统的研究后得出如下结论:泡沫铜在1 M NiCl·6HO溶液中腐蚀120 s后,泡沫铜表面存在大量凹凸不平的形貌,能大幅度增加活性位点暴露数量,并且在此过程会有镍离子进入表层,使其只需要257 mV的过电位便可以提供20 mA cm的电流密度,并在此电流密度下恒电位极化48小时后,电流密度仍然可以达到初始电流的80%以上。304不锈钢在2 M Ni沸腾溶液中处理120 s后,在其表面会生成一层三维立体结构的镍氢氧化物,使其在10 mA cm电流密度下的过电位为214 mV,塔菲尔斜率为34.84 mV dec,在20 mA cm电流密度下恒电位极化10 h后,催化性能几乎没有变化。对具有最佳OER性能的泡沫铜和不锈钢试样磷化提升HER性能后,与原试样组装成CF-1M Ni-120s-P//CF-1M Ni-120s和SS-Ni-OH2M-P//SS-Ni-OH2M全分解水装置,分别只需要1.71 V和1.60 V的加载电压便可以提供10 mA cm的电流密度。

关键词：自支撑催化剂快速制备析氧反应低过电位全分解水

新型钠金属合金/钠复合负极的制备及其应用的研究

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新型钠金属合金/钠复合负极的制备及其应用的研究

作者：杨国鹏广西大学

学位级别：硕士

可充电的钠电池系统,包括钠离子电池、钠硫电池、钠空气电池,因其能量密度高、资源丰度和成本低等优点而备受关注。然而,由于金属钠活泼的性质,特别是循环过程中负极表面金属形态的演变,导致枝晶生长不受控制,可能会影响电池的安全性能... 详细信息

可充电的钠电池系统,包括钠离子电池、钠硫电池、钠空气电池,因其能量密度高、资源丰度和成本低等优点而备受关注。然而,由于金属钠活泼的性质,特别是循环过程中负极表面金属形态的演变,导致枝晶生长不受控制,可能会影响电池的安全性能,并限制其容量,这一弊端严重地制约了金属钠电池的实际应用。目前大多数的可充电电池一般采用固体-液体-负极电解液界面。在有机液体电解液中,碱金属负极电镀过程受到枝晶形成和生长的影响,枝晶会穿过隔膜,导致内部短路。在固体电解质电池中,枝晶甚至可以穿透陶瓷固体电解质上,从而造成固体电解质-电极界面会因为体积的变化导致界面难以长时间保持。在电池循环过程中,不规则的钠沉积和枝晶生长是钠电池应用的挑战之一。本文通过一种新的设计思路,即在金属负极中混入半金属单质,改善金属负极的表面张力和对钠离子的亲和性,调控钠离子在金属负极表面的沉积形式,以达到抑制金属钠枝晶生长的目的。通过该思路制备的合金负极不仅可以用于碳酸酯类电解液中,也可以用于阻燃的磷酸酯类电解液中。(1)将制备的半金属Bi粉末和钠金属按照一定的质量比进行机械混合,自发反应形成Na-Bi合金成分。使用合金制备电极,在相同的电流密度下,Na-Bi|Na-Bi对称电池表现出较低的过电位。发现Bi的加入增加了电极界面对Na的亲和性,改变了钠沉积的形式。与钠金属电极相比,Na-Bi合金电极表现出更好的延展性和较高的硬度,合金电极的整体厚度降低了50%。NaNiMgMnO(NNMM)|Na-Bi电池表现出更好的循环性能和倍率特性。同时使用阻燃类电解液组装了电池,使用Na-Bi合金电极的电池表现出较低的过电位和良好的循环性能,显示了合金电极的优点。(2)以相同的方法进行了半金属元素Sb粉末与金属钠混合制备合金,通过机械混合促使Sb粉末和钠金属自发反应形成Na-Sb合金。合金电极在钠金属剥离/电镀时,电极表面出现Na-Sb成分,钠离子和表面的亲和性得到提升。Sb粉末的加入提高了电极的电化学性能,当电流密度为0.5 m A cm时,对称电池循环过程中保持较低的过电位,约为20 m V。此外,我们也制备了凝胶电解质作为电池隔膜,不仅能够凭借材料本身的机械强度在一定程度上抑制枝晶生长,而且改善了电池阻燃性,提高了电池的安全性能。通过使用Na-Sb合金电极和polymer flame retardant(PFR),Na-Sb|PFR|Na-Sb对称电池可以稳定地循环600个小时以上。NaV(PO)(NVP)|PFR|Na-Sb电池具有较好的容量保持能力和低滞后电压。表明合金负极具有更低的工作电压平台,和更为优越的倍率性能。这些结果表明合金电极在高功率和长寿命的钠金属电池中潜在的应用。

关键词：钠金属电池自发合金反应抑制枝晶合金负极低过电位

钴修饰氮掺杂碳纳米纤维在钠-二氧化碳电池中的电催化性能研究

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钴修饰氮掺杂碳纳米纤维在钠-二氧化碳电池中的电催化性能研究

作者：唐明重庆大学

学位级别：硕士

近年来,不可再生能源的过度消耗导致了能源危机和“温室效应”,因此需要大力开发和利用清洁可再生能源。然而光伏、风电等清洁可再生能源的波动性、间歇性和随机性给电网的规划运行和调度管理带来巨大的挑战,因此迫切需要研究和发展电... 详细信息

近年来,不可再生能源的过度消耗导致了能源危机和“温室效应”,因此需要大力开发和利用清洁可再生能源。然而光伏、风电等清洁可再生能源的波动性、间歇性和随机性给电网的规划运行和调度管理带来巨大的挑战,因此迫切需要研究和发展电力系统相关的储能技术。然而目前商业锂离子电池的能量密度已到达理论极限,且价格昂贵,无法满足大规模存储电能。Na-CO电池作为一种新兴的能源储存与转换器件,不仅拥有高能量密度,同时采用价格低廉且蕴藏量丰富金属钠作为负极,使其极具吸引力。然而由于正极上的CO还原缓慢,绝缘放电产物难以分解,阻碍了Na-CO电池的发展。本文采用静电纺丝结合煅烧的方法成功制备了具有高催化活性的钴修饰氮掺杂碳纳米纤维一体式正极材料,并对其在Na-CO电池中的电化学性能以及催化机理进行了测试与分析。主要研究内容如下:(1)以碳纳米管为正极,通过相应的电化学测试与表征研究了O混入对Na-CO电池的影响。结果显示:Na-CO电池的研究需要通以高纯度的CO,一旦气体中混入O,电池反应将变成Na-O电池,采用模具电池并通以流动的CO气体可有效防止大气中O的混入,同时在研究过程中发现,碳纳米管对于二氧化碳还原反应催化活性有限,造成严重的极化现象。(2)采用静电纺丝结合煅烧的方法,成功制备了氮掺杂碳纳米纤维(NCNFs)一体式电极,研究湿度以及距离对于纺丝纤维形貌的影响,同时通过对NCNFs进行相应的电化学测试与表征,研究其电催化活性与催化机理。结果显示:在湿度为50%以及距离为18 cm时,得到均匀一致直径为400 nm的纺丝纤维;相比于碳纳米管,NCNFs极化显著降低,放电电位提升了200 m V,充放电过电位分别降低了100 m V与600 m V,然而依然存在倍率性能低以及循环性能不理想的问题。(3)在NCNFs的基础上,通过在纺丝溶液中添加适量的Co(NO)·6HO,成功制备了钴修饰氮掺杂碳纳米纤维(Co-NCNFs)一体式电极,结合电化学测试、表征与理论计算,对其电催化活性与催化机理进行了研究。结果显示:相比于NCNFs,充放电过电位分别降低了210 m V与500 m V,放电容量提高了12倍,循环寿命提升了4倍,这源于Co-NCNFs具有适度的CO吸附-脱附能力且均匀分散、丰富和稳定的高催化活性位点(Co-Co O)。本文的研究结果表明,在碳基材料的基础上引入氮掺杂以后,能有效提升其对CO的吸附能力,显著降低极化与充放电过电位,但其催化活性有限,依然存在倍率性能低以及循环时间有限等问题。在此基础上,通过嵌入具有高催化活性的Co-Co O结构纳米颗粒,进一步提升其电催化活性,从而大幅度提升了Na-CO电池的电化学性能。

关键词：钠-二氧化碳电池低过电位正极适度CO2吸附-脱附 Co-CoO催化剂

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高活性FeCoNi合金用于电催化析氧反应

中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 2022年第10期 168-174页

作者：贺思怡陈小军杨林峰吴小强成都大学·机械工程学院四川成都610106

为加快电解水析氧反应的动力学,电化学裂解水需要高效的水氧化催化剂来加速。利用非贵重材料制备高效的析氧反应电催化剂对于解决能源危机具有重要意义。因此,基于其低成本、高效率的特点,我们在保持含量不变的情况下,通过调整Fe、Ni、M... 详细信息

为加快电解水析氧反应的动力学,电化学裂解水需要高效的水氧化催化剂来加速。利用非贵重材料制备高效的析氧反应电催化剂对于解决能源危机具有重要意义。因此,基于其低成本、高效率的特点,我们在保持含量不变的情况下,通过调整Fe、Ni、Mn、Cu、Zn、Cr的含量来进行实验。在实验中发现,10%的镍含量可以大大提高OER活性。Co7Fe2Ni1催化剂在0.1 M KOH水溶液中表现出OER活性,过电位为310 mV,电流密度接近5 mA/cm2。此外,经过60个小时的耐久性测试,Co7Fe2Ni1催化剂在电流密度稳定的情况下表现出长期活性耐久性。通过调节元素含量,表明以钴铁为主的电沉积膜可以促进催化剂-电解质界面的动力学,并表现出优良的水分解催化活性。

关键词：电催化剂低过电位长期稳定性电解水OER

基于Mo、Mn双原子共掺杂修饰NiFe₂O₄材料用于析氧性能研究

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物理化学进展 2024年第2期13卷 235-242页

作者：顾颖王敏敏南通大学化学化工学院江苏南通

近年来,电催化分解水被认为是一种前景较好的产生清洁能源的方法,受到广泛关注。本文采用一步水热法制备了Mo,Mn-NiFe2O4/NF催化剂,泡沫镍作为集流体一方面减少了Mo,Mn-NiFe2O4的团聚,有利于提高电荷转移速率和稳定性。更重要的是,Mn掺... 详细信息

近年来,电催化分解水被认为是一种前景较好的产生清洁能源的方法,受到广泛关注。本文采用一步水热法制备了Mo,Mn-NiFe2O4/NF催化剂,泡沫镍作为集流体一方面减少了Mo,Mn-NiFe2O4的团聚,有利于提高电荷转移速率和稳定性。更重要的是,Mn掺杂诱导电子调制使Ni 3d和O 2p轨道之间的杂交有利于*OOH的形成,同时也会产生更多的氧空位以降低析氧中水分子的吸附能,促进1 M KOH溶液中的析氧反应,而Mo原子的加入可以使得原材料具有丰富的非均相界面,与原始的Mn-NiFe2O4材料相比,表现出更好的电解水活性。在1 M KOH电解质中,所制备的Mo,Mn-NiFe2O4/NF催化剂仅需要133、187和209 mV的低过电位即可获得10、50和100 mA cm−2电流密度下的水分解。本工作提供一种简单钼、锰共掺杂的策略,以同时设计氧空位和电子结构以协同触发析氧反应。

关键词：析氧反应锰掺杂氧空位低过电位

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电沉积铁钴镍基催化剂及其氧析出性能的研究

聊城大学学报（自然科学版） 2023年第2期36卷 53-58页

作者：周蒙朱志军唐建国青岛大学材料科学与工程学院山东青岛266071

能源需求的不断增加以及有害气体的排放带来了一系列能源和环境问题,寻求一种高效可持续的清洁能源来代替传统的石油迫在眉睫。作为最有前途的清洁能源,氢气可以通过电解水的技术制得,但是电解水的反应效率受到了氧气析出反应(OER)缓慢... 详细信息

能源需求的不断增加以及有害气体的排放带来了一系列能源和环境问题,寻求一种高效可持续的清洁能源来代替传统的石油迫在眉睫。作为最有前途的清洁能源,氢气可以通过电解水的技术制得,但是电解水的反应效率受到了氧气析出反应(OER)缓慢动力学的限制,因此发展具有高性能OER的电催化剂对电解水制取氢气的广泛应用具有积极的推动作用。Fe、Co、Ni等过渡金属氧化物或氢氧化物具有多种氧化态,可以促进反应中间体的结合,是优异的OER催化剂。采用电沉积的方法在碳布(CC)衬底上制备了Fe、Co、Ni的氢氧化物纳米片,对金属之间的比例进行了优化,最终得到的Fe _(2)Co _(1)Ni _(2)/CC催化剂具有良好的OER性能,当电流密度为10 mA·cm^(-2)时所需要的过电势较小,仅为285 mV。所得Fe _(2)Co _(1)Ni _(2)/CC还具有良好的稳定性,有望用于商业化电解水制氢气。

关键词：氧气析出反应非贵金属纳米片低过电位高稳定性