電解水是目前清潔能源轉(zhuǎn)化的重要方式之一,受到大家的廣泛關(guān)注。包括析氫反應（HER）和析氧反應（OER）兩部分。與陰極反應HER對比發(fā)現(xiàn),在陽極發(fā)生的OER反應,具有復雜的多電子轉(zhuǎn)移過程,反應動力學緩慢,是進一步提高水分解效率的關(guān)鍵瓶頸。目前商業(yè)用的多為貴金屬基材料,價格昂貴,穩(wěn)定性較差,無法大規(guī)模廣泛使用。過渡金屬氫氧化物因具有產(chǎn)量豐富、價格低廉等優(yōu)勢,被研究者發(fā)現(xiàn)并應用于電催化析氧方面,尤其在堿性電解液中,這類材料更具有潛在的應用價值。隨著研究的進一步深入,氧缺陷在OER電催化方面的重要作用凸顯出來。氧缺陷的存在可以有效地調(diào)節(jié)或改變電子在材料表面的分布,進而調(diào)節(jié)材料的本征活性。因此,本論文對過渡金屬氫氧化物中氧缺陷及其對過渡金屬材料表面電子分布的積極影響進行了總結(jié)和討論,主要包括以下兩部分工作:1、采用一步水熱合成法制備了具有超長針狀形貌的氮摻雜的Co（OH）F材料,并將其負載在導電基底碳紙上。實驗選取氟化鈉和尿素作為提供陰離子F和雜原子N的原料。采用掃描電鏡（SEM）,透射電鏡（TEM）等表征手段證明超長針狀形貌對于提高材料OER催化性能的重要性。同時利用X射線光電子能譜分析（XP... 

【文章來源】：東北師范大學吉林省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

左HER和右OER的極化曲線

(l)從以上公式機理可見，反應中會出現(xiàn)相同的中間體MOH和MO，主要的不同在于產(chǎn)生氧的反應過程。從圖1.2可見從M-O中間體形成氧有兩種途徑。一種是綠色的線通過2個M-O分子結(jié)合產(chǎn)生氧氣，另一種途徑是黑色線，經(jīng)過MOOH中間體，分解產(chǎn)生氧氣。除此之外，人們普遍認為OER的電催化反應是一種多相反應，在這種反應中，中間體MOH、MO和MOOH之間的鍵合相互作用（M-O）是影響電催化性能的關(guān)鍵因素[1,3]。圖 1.2 藍色線的表示酸性條件下的 OER 形成機理，紅色的線表示堿性條件下的OER 形成機理。黑色的線表明氧析出過程包含過氧化物（M-OOH）中間體的形成，而另一個直接反應的路線（綠色線）是兩個相鄰的氧（M-O）中間體產(chǎn)生氧氣的過程。1.3 堿性電解液中的過渡金屬析氧催化劑貴金屬IrO2、RuO2類材料在酸性條件和堿性條件下對OER的高電催化活性，使得它們被公認為是 OER 的基準電催化劑。但是它們原料有限，價格昂貴，尤其當它們應用于堿性電解液中

下的正電位下才能穩(wěn)定[44]。Dau[45]等人發(fā)現(xiàn)所有用于水氧化的氧化鈷薄膜都具有邊緣共享的 CoO6八面體的特征，從而推斷出 O-O 鍵的形成發(fā)生在鈷氧化物簇的邊緣。他們指出，沒有特定的“配方”來合成可用的催化劑，例如特定的陰離子或氧化還原失活的陽離子，但這些因素在確定尺寸和電勢方面起著重要作用。Dismukes[46]等人合成了兩種形式的鋰鈷氧化物，并確定了 Co4O4立方中心的存在對材料的水氧化活性的影響。Wang[47]和他的同事能夠在沒有支持配體的情況下合成尺寸可控的 Co3O4納米粒子，并發(fā)現(xiàn)控制尺寸大小和阻止物種擴散到表面的配體的缺席對活性是必不可少的。在一項電化學研究中，Lyons[48]等人發(fā)現(xiàn) CoⅣ是活性物種。其他常見的過渡金屬氧化物比如 NiOx，在 1966 年被 Bode[49]確定為水氧化催化劑，在二十世紀八十年代被深入研究。還有無定型的 Fe2O3被 Berlinguette等人發(fā)現(xiàn)具有較好的水氧化活性[50]。隨著研究深入，人們發(fā)現(xiàn)將少量的 Fe 摻入鎳的氧化物中可以改善其催化活性[51,52]。近一步說明混金屬的催化活性要好于單一金屬，促進了過渡金屬氧化物的發(fā)展。對于混合多金屬的過渡金屬氧化物，主要包括鈣鈦礦型和尖晶石型。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]摻釔α-Ni（OH）2的研究[J]. 楊書廷,陳改榮,尹艷紅,陳紅軍,賈俊華.  應用化學. 2001(09)



本文編號：3335406