收藏本站
《西南石油大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

Co/Mo二元金属氧化物电极的制备及其在水分解中的应用

李雨轩  
【摘要】:电化学水分解制氢过程包括两个半反应,分别为阳极析氧反应(OER)和阴极析氢反应(HER)。迄今为止电催化析氢性能最好的是Pt基催化剂,而析氧反应中则以IrO2和Ru02的活性最优。但有限的储量和高昂的价格限制了这些贵金属在电解水中的应用。最近几十年的研究发现一些过渡金属及其化合物对水分解有可观的催化活性,Co基化合物便是其中最具代表性的催化材料之一。将析氢性能良好的Mo金属与Co掺杂制备二元金属氧化物,有望开发出高效的OER/HER双功能催化剂。寻找理想的电催化材料时需要综合考虑价格、制备方法、催化性能以及稳定性等因素。制备方法的不同会直接导致催化剂形貌、结构以及性能的差异。本文以Co/Mo二元金属氧化物为研究对象,分别采用刻蚀/氧化法、电化学共沉积法以及化学沉积法制备出多孔自支撑型、非晶薄膜型和纳米颗粒型催化电极。针对不同的制备方法选取不同的手段,如TGA、XRD、SEM、EDS、XPS等,对样品的形貌、组成及价态进行表征,从而研究了不同制备方法及其制备条件对产物的影响。分别采用循环伏安法/线性扫描法和计时电流法评价了各样品在水分解反应中的催化活性及稳定性。结果显示,三种方法制备的Co/Mo二元金属氧化物均表现出了优于单金属氧化物CoOx和MoOx的催化性能。本文首次采用硝酸铈铵刻蚀法成功制备出多孔自支撑型催化电极E-Co/Mo。得益于其丰富的催化活性位点和晶格氧缺陷位,该样品在碱性析氧和碱性/酸性析氢中均表现出极具竞争力的催化性能:析氧起始过电位为270 mV(0.1 M KOH);析氢起始过电位分别为90 mV(1 M KOH)和109 mV(0.5 M H2SO4),且在HER中达到了极为可观的电流密度。在电化学沉积Co/Mo氧化物非晶薄膜中,以阳极沉积电流10 μA cm-2、沉积时间700 s、前驱体离子浓度配比Mo:Co=20:1为最优制备条件,所得催化剂的OER起始过电位为310mV(0.1MKOH);HER起始过电位为190mV(1MKOH),372mV阴极电位下的电流密度达到10 mA cm-2。在化学沉积法制备Co/Mo氧化物纳米颗粒催化剂时,以前驱体离子浓度配比Co:Mo=4:1、退火温度300 ℃为最优制备条件,所得催化剂在0.1 M KOH中的OER起始过电位为290 mV,430 mV过电位下电流密度达到5 mA cm-2。所有制备方法中,以本文首次提出的刻蚀/氧化法制备的Co/Mo氧化物电极构型最佳,性能最优。
【学位授予单位】:西南石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O643.36;TQ116.21

中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026