高结晶度硼酸镍纳米棒的制备及其电催化析氧性能研究

氢能被视为21世纪最具发展潜力的能源. 电解水制氢具有诸多优点,如原料来源广泛、操作简便、产品纯度高、无污染,已成为最具有应用前景的方法之一,但其阳极氧析出反应动力学缓慢,严重制约电解水制氢的效率. 因此,发展氧析出电催化剂尤为重要. 本文利用高温煅烧法制备了硼酸镍纳米棒,长度约为2 μm,直径约为200 nm. 与文献报道的低结晶度或无定型硼酸盐析氧催化剂不同,硼酸镍纳米棒的结晶度较高,并且具有较好的OER催化活性和稳定性. 其催化活性可以通过与其他导电材料复合或进一步减小其尺寸等方式提升.     

三元镍基硫属化物纳米棒阵列的简单合成及其高效的电催化析氧性能北大核心CSCD

通过一步溶剂热法成功合成了泡沫镍(NF)支撑的三元镍基硫属化物(Ni_(3)(Se_(x)S_(1−x))_(2))纳米棒阵列。结构表征结果表明,所得三元Ni_(3)(Se_(x)S_(1−x))_(2)纳米棒属于三方物相,在泡沫镍基底上形成了有序的阵列结构。由于其快速的载流子传输效率、丰富的活性位点和多阴离子的协同效应,Ni_(3)(Se_(0.3)S_(0.7))_(2)/NF纳米棒阵列具有最佳的电催化性能。在1.0 mol/L的KOH溶液中,电流密度为50 mA/cm2时,过电势仅为344 mV,塔菲尔斜率为40.17 mV/dec,同时具有优异的电化学稳定性。更重要的是,以商用Pt/C为阴极,Ni_(3)(Se_(0.3)S_(0.7))_(2)/NF纳米棒阵列为阳极进行全分解水实验,仅需要1.49 V的电池电位即可提供10 mA/cm2的电解电流,表现出良好的电解水效果。该研究为电解水技术领域提供了一种高效的电催化剂,也为电化学能源技术中非贵重电催化剂的合理构建提供了有价值的见解。     

纳米多孔Ni和NiO的制备及电催化析氧性能

采用快速凝固与脱合金相结合的方法制备了纳米多孔Ni,经热处理氧化获得纳米多孔NiO,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附-脱附仪(BET)对纳米多孔Ni和NiO的物相、形貌结构和孔径分布进行了表征,并通过循环伏安、稳态极化和电化学阻抗分析研究了电极的电催化析氧性能.结果表明,由Ni₃₀Al₇₀所得纳米多孔Ni具有多层次纳米多孔结构,在10 mA/cm²电流密度下析氧过电位仅为224 mV,交换电流密度为0. 63297 m A/cm²,表观活化自由能为40. 297 k J/mol,经1000次循环后,过电位降低了5 mV(j=10 mA/cm²),表现出良好的催化稳定性和耐久性;热处理氧化降低了NiO的比表面积与电化学活性面积,平衡电位下扩散传质速率明显减小,析氧活性较Ni电极有所下降.     

镍铁水滑石电催化氧析出研究进展

氧析出反应(Oxygen evolution reaction, OER)是电解水制氢、二氧化碳还原、二次金属-空气电池等能源储存和转化技术中的关键半反应。镍铁水滑石类材料(NiFe layered double hydroxide, NiFe-LDH)具有独特的层状结构、优异的催化性能和成本低廉等优点,是一类极具潜力的OER催化材料。但电导率低、活性位点暴露不充分等缺点也限制了其催化性能的进一步提高。本文综述了包括引入缺陷、片层剥离、元素掺杂、表面修饰和原位生长等针对NiFe-LDH的改性方法,这些方法能有效提升反应活性位点数量、增强导电性并促进反应动力学过程。最后,讨论了对NiFe-LDH改性中存在的问题以及对后续研究的展望。     

硼酸镍纳米棒溶胶-凝胶法合成及表征

以硝酸镍、硼酸和柠檬酸为原料,采用溶胶凝胶法于150 ℃形成咖啡色干凝胶,再于750 ℃焙烧得到硼酸镍纳米棒。采用XRD、SEM、TEM和FTIR对产物结构和形貌进行表征。结果表明产物为分布均匀的Ni₃(BO₃)₂纳米棒,纳米棒的长度受硝酸镍和硼酸的物质的量之比影响,硼酸用量越大,长度越大。当n_Ni3(BO3)2∶n_N3BO3=1∶3时,纳米棒直径为200~300 nm,长度为2~3 μm。对硼酸镍纳米棒的生长机理进行了探讨, 结果表明, 柠檬酸与镍离子反应产生网状结构的配合物,促使镍源均匀地分散在网格间,为硼酸镍纳米棒的生成提供有利的反应空间。     

钴铁双金属氧化物多孔纳米棒的制备及其电解水析氧性能

通过简单的钴铁前躯体热分解法制备了系列一维Co_(1-x)Fe_xO_y(0≤x≤1)多孔纳米材料,并在1 mol·L~(-1) KOH溶液中研究了其电解水析氧催化性能。研究发现不同Fe掺杂量对材料的结构与电解水析氧催化性能有较大的影响,其中16%(n/n)Fe掺杂量的Co_(1-x)Fe_xO_y具有最优的析氧催化性能。在10 m A·cm~(-2)电流密度下其析氧过电位为345 mV,塔菲尔斜率为54 mV·dec~(-1),并表现出优异的析氧稳定性能。廉价、高效的Co_(1-x)Fe_xO_y多孔纳米棒材料有望成为优良的析氧催化剂用于电解水制氢。     

钴铁双金属氧化物多孔纳米棒的制备及其电解水析氧性能

通过简单的钴铁前躯体热分解法制备了系列一维Co_1-xFe_xO_y（0≤x≤1）多孔纳米材料,并在1 mol·L^-1 KOH溶液中研究了其电解水析氧催化性能。研究发现不同Fe掺杂量对材料的结构与电解水析氧催化性能有较大的影响,其中16%（n/n）Fe掺杂量的Co_1-xFe_xO_y具有最优的析氧催化性能。在10 mA·cm^-2电流密度下其析氧过电位为345 mV,塔菲尔斜率为54 mV·dec^-1,并表现出优异的析氧稳定性能。廉价、高效的Co_1-xFe_xO_y多孔纳米棒材料有望成为优良的析氧催化剂用于电解水制氢。     

双核铁肟硼酸基多孔金属有机聚合物的合成、结构及其电催化析氧性能

采用氯化亚铁、2,6-二甲酰基-4-甲基苯酚二肟（H₃DFMP）和四（4-硼酸基苯基）甲烷（TBPM）,通过一步配位作用和硼酸酯化脱水聚合反应,合成了一例含金属的三维多孔有机聚合物（Fe₂-POP）。Fe₂-POP是以双核亚铁配位H₃DFMP的直线单元与TBPM的四面体单元连接而成的具有三维金刚石结构的多孔有机聚合物。对模型化合物的X射线单晶衍射分析验证了双核亚铁配合物单元的结构特征。红外光谱和固体核磁表征证明了Fe₂-POP中C=N和B-O键的形成。Fe₂-POP具有较高的比表面积（510 m²·g^-1）和均一的孔径（0.6~0.8 nm）。X射线光电子能谱表明了Fe₂-POP中二价铁的存在。扫描电子显微镜和透射电子显微镜显示该聚合物是由50~100 nm的球形颗粒组成。电化学测试表明,Fe₂-POP展现出了优异的电催化析氧性能,在10 mA·cm^-2电流密度下所需析氧反应过电位仅为258 mV,Tafel斜率为71.0 mV·dec^-1。     

硼酸镧纳米棒的制备及其在植物油中的抗磨减摩性能

以Na2B4O7·10H2O和La(NO3)3·6H2O作原料,油酸作改性剂,采用水热法制备了硼酸镧纳米棒。利用X-衍射仪、FT-IR光谱仪、扫描电镜及能谱仪对其结构进行了表征,采用四球摩擦试验机考察了其在植物油中的抗磨减摩性能,利用扫描电镜观察了钢球表面磨斑的形貌,X射线光电子能谱测定了磨斑的元素组成。结果表明,硼酸镧呈纳米棒结构,其直径为50 nm、长达500 nm。硼酸镧纳米棒能显著提高植物油的抗磨、减摩性能,当添加剂的含量为1wt.%时,植物油的抗磨、减摩性能达到最佳。XPS分析结果表明,在钢球表面形成了一层含油酸的吸附膜和一层含Fe2O3、B2O3和La2O3等物质的润滑膜,这种润滑膜起到了良好的润滑作用。     

镍电极在KOH水溶液中析氧行为的研究

用恒电流法测试在２２－７０℃之间电解３０ｗｔ％ＫＯＨ水溶液对Ｎｉ阳极的稳态极化曲线以及该过程的交换电流密度ｉ０，Ｔａｆｅｌ斜率ｂ传递系数β和不同电流密度下的析氧电位随电解温度的变化关系，结果发现：４０℃是各参量随温度变化的一个突出突点，４０℃以下，高过电位区的Ｔａｆｅｌ斜率达１２０ｍＶ以上，低过电位区的反应活化能Ｅａ为７９．８８ｋＪ／ｍｏｌ，而４０℃以上时，位区的Ｔａｆｅｌ斜率达１２０ｍＶ以上，低     

不同晶型MnO2纳米阵列的可控合成及其电催化析氧性能

采用一步水热法,通过改变反应温度和硫酸的用量,在碳纸(CFP)表面可控合成了α?MnO₂纳米线和δ?MnO₂纳米片阵列,研究了MnO₂纳米阵列的电催化析氧反应(OER)性能。结果表明,在碱性介质中,α?MnO₂纳米线阵列的OER活性优于δ?MnO₂纳米片阵列,在电流密度为10 mA·cm^-2时,α?MnO₂纳米线阵列的析氧过电位为444 mV(δ?MnO₂纳米片的过电位为522 mV)。通过X射线光电子能谱的表征分析可知,更高含量的Mn³⁺和表面更丰富的氧空位浓度是α?MnO₂纳米线阵列催化活性更高的原因。     

镍钒合金电沉积及其析氢电催化性能的研究

镍钒合金电沉积及其析氢电催化性能的研究林文修王树喜（福建师范大学化学系福州３５０００７）关键词镍钒合金电镀电催化析氢反应对电化学的能量转换、电合成、金属沉积和防腐等具有重要意义，选择和探索优良的过渡金属电催化剂是研究析氢电催化阴极的主要方向。１９７８...     

用于电催化析氧反应电极的制备策略

随着能源枯竭和环境污染等问题的日益严重,开发清洁可再生能源及相关新型技术迫在眉睫。近年来,水分解、金属-空气电池等电化学能源储存和转换技术得到人们的广泛关注。电催化析氧反应(Oxygen evolution reaction,OER)是其中的一个关键反应,大量高性能的OER电催化剂不断见诸报道。除了材料本征催化活性的影响,不同的电极制备方式同样会对催化剂性能的发挥起到重要作用,越来越多的研究者致力于探索高效OER电极的设计与制备方法。本综述从方法论的角度,详细介绍了目前高效OER电极的制备策略,讨论了各类制备方式的优势和不足,总结了相关工作的最新研究进展,概述了新型电极的制备方法。最后,对电极制备策略的发展方向进行了总结与展望。     

碳纳米纤维负载铁钴镍硼化物可控制备及其电催化析氢性能研究

通过乙醇催化燃烧法制备了碳纳米纤维（CNFs），采用化学沉积法在CNFs载体上负载铁钴镍硼化物（FeCoNiB），并以多种测试手段对其表征，研究了化学沉积工艺条件对FeCoNiB粒径、分散、成分及结构的影响，建立了碳纳米纤维负载的铁钴镍硼化物（FeCoNiB/CNFs）可控制备方法。采用电化学测试手段研究了FeCoNiB/CNFs在碱性环境下的氢气析出反应（HER）催化性能。结果表明，在100 mA/cm²的电流密度下，FeCoNiB/CNFs的过电位仅为366 mV，塔菲尔斜率低至41 mV/dec；在持续10 h的稳定性测试中电位衰减幅度很小，基本保持不变。这说明FeCoNiB/CNFs制备成本低，但其高稳定性可媲美贵金属的高催化活性HER催化剂；该研究可为非贵金属HER催化剂的研制及低成本电解水制氢技术的规模化应用提供参考。     

硼酸铝纳米棒的制备、结构及生长机理

以仲丁醇铝和硼酸为原料, 葡萄糖作模板剂, 在水介质中120 ℃形成淡黄色干凝胶, 再于750 ℃焙烧得到尺寸均一的硼酸铝纳米棒. 通过改变仲丁醇铝/硼酸的摩尔比实现了对产物形貌及长径比的控制合成. 采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对产物结构和形貌进行表征. 结果表明产物为Al4B2O9纳米棒, 直径为15-45 nm, 长度为100-300 nm. 根据表征结果对葡萄糖参与的硼酸铝纳米棒的生长机理进行了探讨. 结果表明, 葡萄糖与硼酸反应产生网状结构的配合物, 同时释放质子, 促使铝源均匀地分散在网格间, 为硼酸铝的生成提供一有利的反应空间. 纳米棒的生长为自催化生长过程, 在750 ℃热处理时沿着(100)面方向生长.     

介孔碳化钨纳米片团簇的制备及其电催化析氢性能

采用阳极氧化法与原位还原碳化法相结合,在电击穿条件下可控制备了具有介孔结构的碳化钨纳米片团簇(WC NFs)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、N₂吸附-脱附测试表征其物相、微观结构和孔径分布。在1 mol·L^-1H₂SO₄溶液中采用线性扫描伏安法、循环伏安法、计时电流法以及交流阻抗谱测试催化剂的电化学性能。结果表明,在650℃下还原碳化所制备的WC NFs具有最佳的电催化析氢性能,在电流密度为10 mA·cm^-2时过电位η₁₀仅为150 mV,Tafel斜率为56 mV·dec^-1,并具有良好的循环稳定性。     

硼、磷共掺杂铁钴双金属材料的制备及其电催化析氧性能

采用一步水热法合成了硼、磷共掺杂铁钴材料(Fe-Co-B-P)。借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等技术对所合成材料的形貌、结构和组成进行表征。利用线性扫描伏安(LSV)、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等技术研究材料电化学析氧反应(OER)性能。结果表明,Fe-Co-B-P表面疏松且粗糙,颗粒间有许多空隙。在电流密度为10和100 mA·cm^-2时,其过电势分别为278和309 mV,Tafel斜率为24 mV·dec^-1,说明该材料具有较优的电催化析氧性能。其在连续进行10 h的计时电位测试过程中,电势基本保持在1.55 V (vs RHE),表明该催化剂具有较好的电化学稳定性。这是由于铁钴双金属与硼、磷非金属之间的协同作用促进了电子的传递。