基于低共熔溶剂电沉积制备钴基催化剂及其电解水性能研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:Haroldzhang
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氢能作为一种环境友好的二次能源受到了越来越多的关注。电解水法制氢的原料广泛、过程中无有害物质排放。但是实际电解水过程中,反应极片上电子得失转移会造成反应壁垒,增大电解水所需的电压。其中,贵金属催化电解水性能优良,但是储量少,价格高。储量丰富的过渡金属Co的氧化物及相应的磷酸化物、硫化物等现已被广泛开发用来催化电解水。电沉积法制备催化剂可以保持极片上催化剂的形貌和均一性。低共熔溶剂电压窗口宽、蒸气压低、导电率良好,而且制备过程简单,溶液可生物降解,腐蚀性较低,可以很好的替代其他有腐蚀性和制备过程复杂的电镀液。本文以新型溶剂低共熔溶剂为溶剂,在其中溶解一定比例的钴盐和磷盐,以泡沫镍为基体,探究溶液在电极片上的结晶成核电位。然后在恒电位下进行电沉积,得到生长在泡沫镍上的催化剂,并测试催化HER和OER性能。结果表明,当Co和P的摩尔比为1:1时,电沉积得到的催化剂1P-Co@NF催化HER和OER所需的过电势最低,在达到电流密度为10 mA/cm2时,HER和OER的过电势分别为62 mV和320 mV。这主要由于催化剂在基体表面良好的分散性、较多的反应活性位点和较低的阻抗。物理表征表明,1P-Co@NF是由Co、P、O三种元素所组成的Co3O4/Co2(P2O7)复合物。两种物质均为纳米颗粒,进一步构成了较大的纳米颗粒均匀生长在泡沫镍表面上。将1P-Co@NF组装到两电极体系,测试其全水分解性能。测试得到的数据为,当达到电流密度为10 mA/cm2时,外加电压为1.59 V。且经过24 h的计时电流测试后,催化剂所需的电压并没有很大的增加,说明1P-Co@NF具有很好的电化学稳定性。这主要由于直接电沉积的方法使催化剂与基体之间的结合比较牢固,纳米颗粒粒度均一分布,而且电极制备过程中没有使用到粘结剂。
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