石墨紙基電極OER電催化性能的研究.pdf

1、石墨紙是一種由石墨粉末壓制而成的柔韌性良好的薄片材料，具有價(jià)格低廉、來源豐富、環(huán)境友好、耐高溫高壓等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于制造高溫密封元件、微型器件的導(dǎo)熱元件，同時(shí)它也是一種導(dǎo)電導(dǎo)熱能力強(qiáng)且化學(xué)穩(wěn)定性良好的柔性基底。本論文以石墨紙作為電極基底，采用電沉積法和水熱法生長活性物質(zhì)，通過探討一系列合成條件對(duì)其性能的影響，制備出高性能的電催化劑。本論文的研究內(nèi)容總結(jié)如下:
　　首先，以乙酸錳和乙酸銨為原料，以石墨紙為活性基底，通過電沉積法生長錳

2、氧化物沉積層。探討了工藝條件如電流密度、溫度、電鍍液濃度等因素對(duì)電極OER催化性能的影響，獲得了最優(yōu)化的沉積條件。利用SEM、XRD和OER性能測(cè)試等手段對(duì)催化劑的形貌、結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在沉積電流密度為3 mA·cm-2，沉積溫度70℃，采用0.02mol·L-1 Mn(Ac)2+0.01 mol·L-1 NH4Ac溶液，制備出由納米片堆積而成三維網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)，鑒于該結(jié)構(gòu)具有良好的離子傳輸通道，以及較大的比表面積，電

3、極呈現(xiàn)出了高的OER催化活性。進(jìn)一步研究表明，350℃煅燒不會(huì)改變電極的納米結(jié)構(gòu)，還能提高其電催化性能。所得的煅燒電極在中性電解液溶液中也表現(xiàn)出優(yōu)異的OER活性。
　　其次，以Ni(NO3)2和Fe(NO3)3為電鍍液，以石墨紙為基底，通過電沉積法生長無定型NiFe(OH)x沉積層。探討了三種沉積模式包括恒電壓、循環(huán)伏安和脈沖沉積法對(duì)電極OER催化性能的影響。對(duì)各種沉積模式下的最優(yōu)化沉積條件進(jìn)行了比較，利用SEM、XPS和OER性

4、能等測(cè)試手段，探討了沉積條件對(duì)產(chǎn)物形貌、價(jià)態(tài)及性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用脈沖沉積模式，Ni∶Fe=9∶1，溫度為50℃下制備出由納米顆粒堆積形成的多孔結(jié)構(gòu)性能最優(yōu)。
　　最后，以KMnO4為氧化劑，石墨紙為還原劑和基底，通過水熱法進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，獲得MnO2沉積層。探討了水熱溫度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)電極形貌的影響。利用SEM、XPS和OER性能測(cè)試手段對(duì)電極的形貌、價(jià)態(tài)和性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在水熱溫度為140℃，反應(yīng)時(shí)間為