以電沉積二氧化硅為模板制備高性能納米多孔析氧薄膜材料.pdf

1、隨著生活水平的提高和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的日益增強(qiáng)，人們渴望尋找新能源以解決化石能源短缺及改善由于濫用化石能源所引起的環(huán)境污染等問(wèn)題。氫能被認(rèn)為是最清潔的能源之一，而電催化分解水是制氫的一種重要途徑。然而，電解水制取氫氣與氧氣過(guò)程中，析氧電位過(guò)高導(dǎo)致能耗增加是制約電解水制備氫氣的瓶頸。貴金屬氧化物IrO2及RuO2是公認(rèn)的最佳析氧電極材料。但兩種材料由于其自身具有較大的毒性且儲(chǔ)量稀少、價(jià)格昂貴，限制了其大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用。近年來(lái)，人們一直致力開(kāi)

2、發(fā)成本低且催化性能優(yōu)異的新型催化劑材料以代替貴金屬氧化物，其中過(guò)渡族金屬氧化物，如:錳、鈷、鎳等氧化物或氫氧化物由于分布廣泛，價(jià)格低廉，且在堿性環(huán)境中具有良好的穩(wěn)定性而備受關(guān)注。除此之外，高比表面積也是提升催化劑析氧性能的關(guān)鍵，而模板法可有效提高納米多孔電極材料的比表面積，因而受到人們的重視。
　　本文提出以電沉積SiO2為模板制備納米多孔鎳鈷基析氧薄膜電極。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XR

3、D)、X射線光電子能譜(XPS)等技術(shù)對(duì)薄膜電極的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征，并考察了薄膜電極的電催化析氧活性和穩(wěn)定性。
　　第三章以Ni(NO3)2、Co(NO3)2和四甲氧基硅烷(TMOS)為前驅(qū)體溶液，采用恒電流沉積技術(shù)在不銹鋼基體上沉積鎳鈷氫氧化物，經(jīng)熱處理后獲得NiCo2O4-SiO2復(fù)合薄膜，并在1.0mol/L KOH溶液中通過(guò)連續(xù)循環(huán)伏安技術(shù)去除SiO2組分以得到多孔NiCo2O4薄膜。研究了沉積電流密度、沉積時(shí)間及TM

4、OS體積濃度等參數(shù)對(duì)薄膜電催化析氧活性的影響。結(jié)果表明:在含1.0％TMOS溶液中，-1.0mA cm-2電流密度下電沉積500s制備的薄膜具有較高的析氧活性和穩(wěn)定性。該薄膜電極析氧反應(yīng)的起始電位為～1.52V(vs.RHE)，電流密度在10mA cm-2和100mA cm-2時(shí)的析氧過(guò)電位分別為0.293V和0.358V，Tafel斜率分別為43和142mV dec-1。
　　第四章以NiSO4、CoSO4和TMOS為前驅(qū)體溶液

5、，采用恒電位沉積技術(shù)在不銹鋼基體上沉積了Ni-Co-SiO2復(fù)合薄膜。研究結(jié)果表明，溶液中各組分濃度及電沉積電位和時(shí)間對(duì)合金薄膜電極的微觀形貌及析氧活性具有重要影響。在-0.8V下電沉積500s制備的多孔鎳鈷合金薄膜電極具有較優(yōu)的電催化性能和穩(wěn)定性能。該薄膜電極析氧反應(yīng)的起始電位為～1.48V(vs.RHE)，電流密度在10mA cm-2和100mAcm-2時(shí)的析氧過(guò)電位分別為0.287V和0.326V，Tafel斜率分別為65和149

6、mV dec-1。
　　第五章為解決醇溶性TMOS與諸多無(wú)機(jī)鹽相容性差導(dǎo)致無(wú)法制備復(fù)合薄膜的問(wèn)題，提出以水溶性氟硅酸銨為硅源，制備多孔鎳鈷基薄膜電極，考察了電沉積時(shí)間和溶液中原料組成濃度對(duì)鎳鈷基電極電催化性能的影響。結(jié)果表明:氟硅酸銨與諸多鎳鹽、鈷鹽溶液體系均具有良好的相容性，可有效制備復(fù)合薄膜電極，且該電極的電催化活性均得到提高。該薄膜電極析氧反應(yīng)的起始電位為～1.48V(vs.RHE)，電流密度在10mA cm-2和100mA