论文部分内容阅读
氢能作为一种能够解决当前能源短缺、环境恶化的理想的二次能源之一，已经受到社会的广泛关注。电解水制氢工艺操作简单、纯度高，并且可以充分利用风能、太阳能、核能等非并网清洁能源。析氧反应是电解水制氢过程中能耗大、效率低的主要原因，因此开发廉价且具有高析氧活性的阳极催化剂具有重要的现实意义。本论文采用简单化学沉淀法制备了具有良好的催化析氧活性和稳定性的双金属氧化Co3V2O8材料，同时通过Ni和Fe元素掺杂进一步改善其催化析氧活性。采用XRD、XPS、SEM、TEM和BET等手段对双金属氧化Co3V2O8材料进行结构和形貌表征；采用电化学工作站在三电极体系下进行了线性扫描伏安测试(LSV)、交流阻抗测试(EIS)、循环伏安测试(CV)、恒电流极化测试、电流-时间(I-t)测试，表征了催化剂材料的阳极析氧活性和析氧稳定性；并初步讨论材料的结构与催化析氧性能之间的关系。 实验结果表明，通过简单化学沉淀法制备的Co3V2O8材料，具有较低的结晶度和较高的比表面积（122.8 m2 g-1），因为其低的结晶度、大的比表面积与适当的孔尺寸，Co3V2O8材料在2.05 V vs. RHE电位下的电催化析氧电流密度达到429.7 mA cm-2，并且析氧过电位较低仅为359 mV（电流密度为10 mA cm-2）和497 mV（电流密度为100 mA cm-2）；此外，其具有优异的析氧稳定性，在10 mA cm-2电流密度下恒电流析氧3 h后，依然保持较好的析氧活性，在2.05 V电位下的析氧电流密度仅下降了7.3％。 本文通过在制备 Co3V2O8材料时掺入一定摩尔比例的 Ni和Fe元素，发现材料的催化析氧活性得到了很大程度的提高，当单独掺入的 Ni或 Fe与Co的摩尔比为1:9时，材料的析氧活性最优；特别值得注意的时，Fe元素的掺入大大提高了材料在低过电位下的析氧电流密度。当 Ni和Fe同时掺入且当镍铁钴的摩尔比为1:1:8时表现出最优的催化析氧性能，且在低过电位和高过电位下材料的析氧电流密度都明显提高。通过对材料结构表征发现，较低含量的 Ni和Fe元素掺入并没有改变 Co3V2O8材料的晶体结构，材料的团聚现象得到了一定的改善，纳米颗粒的分布较为均匀，促使其催化析氧活性得到提高。