【摘 要】
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电解水在现代能源转化与储存中占据着重要的部分。电解水的析氢反应（HER）可以制备高纯度的氢气,析氧反应（OER）可以制备高纯度的氧气。Pt和Ir O2在HER和OER中表现出优异的活性,但是昂贵的价格,较少的储量限制了其商业化应用。发展高效,廉价和可持续发展的催化剂对未来能源的转化是至关重要的。炭材料具有高比表面积,丰富的孔隙结构和可控的化学组成,在能源领域表现出极大的应用价值。储量丰富的过渡金属
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电解水在现代能源转化与储存中占据着重要的部分。电解水的析氢反应（HER）可以制备高纯度的氢气,析氧反应（OER）可以制备高纯度的氧气。Pt和Ir O2在HER和OER中表现出优异的活性,但是昂贵的价格,较少的储量限制了其商业化应用。发展高效,廉价和可持续发展的催化剂对未来能源的转化是至关重要的。炭材料具有高比表面积,丰富的孔隙结构和可控的化学组成,在能源领域表现出极大的应用价值。储量丰富的过渡金属被广泛用来开发电解水的催化剂。将炭材料和活性金属复合是降低催化剂成本,提升催化活性的有效策略。本研究分别制备了不同金属与炭的复合材料,并分析了其电催化活性和机理。以聚苯乙烯磺酸-共聚-马来酸钠盐为碳源和硫源,通过原位负载法负载Fe,Ni和Co,通过一步煅烧法制备出金属/多孔炭复合的催化剂,并测试其HER,OER和全水分解性能。结果表明,Ni负载的催化剂（Ni-AC）所需的过电位最低,在电流密度为10m A cm-2时,HER,OER和全水分解的过电位分别为259 m V,382 m V和680 m V。这主要是由于Ni-AC具有较低的阻抗和适宜的p/n型结构。炭包覆金属的特有结构有利于提升Ni-AC的稳定性,S的掺杂可以阻止Ni结晶成大颗粒,减少活性位点的丢失。以木质素作为碳源,采用低温碳化后吸附金属盐,再在高温下烧蚀固定,制备出Ni负载的多孔碳催化剂,并将其应用在电解水的研究中,比较各样品的电化学性能。结果表明Ni-LAC具有最佳的电催化活性,其HER和OER的在10 m A cm-2时的过电位分别为266 m V和483 m V,Tafel斜率分别为212.5 m V dec-1和347.9 m V dec-1。通过阻抗分析发现,较低的电荷转移电阻是Ni-LAC具有良好催化活性的重要条件。通过对Ni-LAC的表征分析得出,裸露的Ni单质作为催化活性中心可以显著提升催化活性。
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