Mn基合金氧化物的去合金化制备及电催化性能

Hydrogen produced by water splitting has recently been emerging as an ideal technology for clean energy, which can be used in proton exchange membrane fuel cells. An effective electrocatalyst is needed to split water into hydrogen and oxygen at low overpotential. Our project aims to exploit Mn/Co, Mn/Ni alloy oxides for anode reaction (i.e. oxygen evolution reaction) as a non-noble metal catalyst. Using a selective dealloying and surface oxidation route, we try to fabricate a type of nanoporous structure of alloy oxides. The oxide formation, structure evolution process in various conditions was systematically investigated. The catalytic activities toward oxygen evolution reaction were evaluated and the reaction kinetics was studied by electrochemical technique. The high activities of the as-prepared catalysts can be realized by carefully tuning the morphology, atom structure and surface component. The alloy effect on the catalytic performance of Mn-based oxides was discussed, which provides an academic guidance for the fabrication and application of Mn-based alloy oxides.

光电分解水生产氢气是一项理想的清洁能源技术，高效的电催化剂是实现该技术应用的关键之一。本项目致力于开发Mn/Co、Mn/Ni合金氧化物作为水分解的氧析出反应（也称水氧化反应）催化剂，通过构筑纳米多孔结构和调控合金氧化物的成分、价态，实现对氧析出反应的高效催化作用。项目采用“去合金化法”联合表面氧化的方法，分两步制备纳米多孔的合金氧化物，系统研究其结构形成、演化过程，系统研究低价Mn在不同氧化环境下价态变化的规律，并利用电化学方法评估其催化活性，计算动力学参数。深入探讨合金化对Mn基氧化物催化活性的影响，建立材料制备过程、结构演化、催化性能之间的关系，为Mn基氧化物的开发和应用提供重要的科学依据。

水分解生产氢气是一项理想的清洁能源技术，但其缓慢的动力学阻碍了可再生能源转化为氢能的主要因素。在高效的水分解体系中，具备高活性、优异稳定性的催化剂是不可或缺的。从贵金属到过渡金属氧化物，虽然大量的催化剂已经被尝试用于降低水分解的过电位，但探寻高效、低廉的水分解催化剂依然充满着未知与挑战。.釆用硝酸铈铵刻蚀法，我们成功制备出多孔自支撑型Co/Mo催化电极。由于其丰富的催化活性位点和晶格氧缺陷位，该样品在碱性析氧和碱性/酸性析氢中均表现出优异的催化性能。其析氧起始过电位为270 mV；析氢起始过电位为 90 mV，且在析氢中达到了较大的电流密度。利用阳极沉积法，我们成功制备出CuNiOx、CuCoOx和多孔的NiCoP催化剂，利用SEM、XRD对催化剂形貌、结构进行表征，证明所制备催化剂为非晶结构。电化学性能测试评估表明, 二元金属氧化物和磷化物的OER催化活性均优于单一金属样品。XPS研究发现二元氧化物样品中氧缺陷含量大量增加，加快了电子向吸附物质的传递速率，多孔结构则为NiCoP提供了大量的表面活性位点，进而提升了OER催化活性。利用化学共沉积法，我们制备了晶型良好、片状形貌均一的Co/Fe层状双氢氧化物纳米材料。探索了不同比例Co2+、Fe3+离子比例的前驱体对产物的影响。并进一步将Co/Fe生长到镍泡沫(NF)上，实现了Co/Fe LDH/NF催化剂对OER的高活性和稳定性。以廉价Ni、Fe金属盐为前驱体，继而利用普鲁士蓝类化合物的热分解，我们制备了Ni/Fe合金氧化物，实现了其在水分解中的利用。.我们的研究表明，通过采用适当的制备方法，可以实现高电催化活性的过渡金属氧化物/磷化物的制备，进而为这些材料在水分解反应中的利用提供条件。..