二维Co/Ni基(氢)氧化物纳米片的调控及其电化学性能研究

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工业的飞速发展导致能源的匮乏,电解水能够得到清洁和可持续氢能源和氧气。寻求高效的电催化剂成为电解水的当务之急。传统的电解水氧析出反应(OER)催化剂是一些诸如铂、钌等贵金属及其衍生物,因其成本较高、资源有限,所以不能大量生产及使用。寻求廉价且能够加快反应速率的高效电催化剂是当下研究的目标。超级电容器是一种储能装置,它具有充放电迅速、能量密度大、比电容高和循环稳定性好等特点被广泛关注。二维Co/Ni基氢氧化物,由于其独特的二维层状结构和高表面能的特性,在电催化、超级电容器、光催化等领域具有极其重要的应用价值和应用前景,因此研究二维Co/Ni基氢氧化物具有重要的意义。利用水热法制备了Al0.2Co0.8(OH)2、Fe0.2Co0.8(OH)2、Zn0.2Co0.8(OH)2、Mn0.11Ni0.89(OH)2和Fe0.12Co0.44Ni0.44(OH)2二维纳米片。结构表征发现外来离子的加入使得氢氧化钴和氢氧化镍的形貌、尺寸和晶体结构发生了变化。比表面积增大,导电性提高。通过电化学性能测试发现少量的离子掺杂对氢氧化钴和氢氧化镍起到协同作用。Al0.2Co0.8(OH)2、Fe0.2Co0.8(OH)2、Zn0.2Co0.8(OH)2、Mn0.11Ni0.89(OH)2和Fe0.12Co0.44Ni0.44(OH)2二维纳米片作为超级电容器的电极材料,在电流密度为1A/g时的比电容分别为为709.1、736.02、638.13、1651.1和1115.47 F/g。电催化氧化水时,在电流密度为10 mA/cm2时,Al0.2Co0.8(OH)2、Fe0.2Co0.8(OH)2和Fe0.12Co0.44Ni0.44(OH)2二维纳米片的过电势分别为348、282和258mV。塔菲尔斜率分别为148、98.67和217 dec-1。Al0.2Co0.8(OH)2、Fe0.2Co0.8(OH)2、Zn0.2Co0.8(OH)2、Mn0.11Ni0.89(OH)2和Fe0.12Co0.44Ni0.44(OH)2二维纳米片与单纯的氢氧化钴和氢氧化镍相比,电化学性能均得到提高。将Fe0.2Co0.8(OH)2负载在聚苯胺上制得Fe0.2Co0.8(OH)2@PANI复合物。通过红外光谱测试证明聚苯胺的结构并未发生改变。以聚苯胺作为基底材料,不仅提高了导电性,还增大了活性面积。电催化氧化水时,在电流密度为10 mA/cm2时,负载前后的过电势分别为282和261 mV。塔菲尔斜率分别为98.67和67.85 dec-1。结果表明聚苯胺的加入使得电催化活性得到提高。在高温条件下P负载在Al0.33Co0.67(OH)2纳米片上制备出了Al0.33Co0.67P。电催化氧化水测试表明,通过P的负载,活性面积明显增大,阻抗减小了。在电流密度为10 mA/cm2时,Al0.33Co0.67(OH)2与Al0.33Co0.67P的过电势分别为483 mV和328 mV。Al0.33Co0.67P的塔菲尔斜率为109.72 dec-1,小于Al0.33Co0.67(OH)2的塔菲尔斜率274.67 dec-1。负载P以后,电催化氧化水的性能有了很大的改进。
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