镍铁水滑石-还原氧化石墨烯的制备及电催化水氧化性能.pdfVIP

Vol.37 高等 学校 化 学 学报 No.8 2016年8月 摇 摇 摇 摇 摇 摇 CHEMICALJOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES摇 摇 摇 摇 摇 摇 1415~1420 doi:10.7503/ cjc 摇 摇 镍铁水滑石/ 还原氧化石墨烯的 制备及电催化水氧化性能 1 2 2 2 杜世超 ,任志宇 ,吴摇 君 ,付宏刚 (1. 吉林大学理论化学研究所,长春 130023; 2. 黑龙江大学功能无机材料教育部重点实验室,化学化工与材料学院,哈尔滨 150080) 摘要摇 首先制备了不同镍/ 铁比的镍铁水滑石,并通过液相剥离法得到水滑石纳米薄片溶胶,随后将其与还 原氧化石墨烯复合,并对其进行了电催化水氧化的性能测试. 结果表明,镍铁水滑石的剥离可以大幅度提高 2 其电催化性能,起峰电位为1郾47 V,电流密度为10 mA/ cm 时,电位仅为1郾53 V;与还原氧化石墨烯复合 2 后,其催化活性得到了进一步提高,在10 mA/ cm 时电位降为 1郾515 V. 关键词摇 镍铁水滑石;电催化水制氧;分解水;还原氧化石墨 中图分类号摇 O614;O646摇 摇 摇 摇 文献标志码摇 A摇 摇 摇 摇 [1] 电催化分解水作为一种清洁的可持续能源转化及存储技术已引起人们广泛关注 . 作为电催化分 解水的半反应,电催化水氧化过程涉及4个电子的转移,是全解水的速控步骤[2~4]. 目前贵金属铱、钌 [5] 及其氧化物是最有效的电催化水氧化催化剂 . 然而, 由于其稀缺性及价格昂贵等特点,在实际应用 中受到了严重限制. 开发一种高效、稳定、无毒、价格低廉的电催化水氧化催化剂是提高电催化分解 [6] [7,8] 水能源转换效率的关键 . 铁镍基催化剂是近年来的研究热点 ,特别是镍基材料表现出优异的电 [9] 催化水制氧的性能 . 同时人们在研究过程中发现,在电化学过程中掺杂微量铁可明显提升镍基催化 剂的性能,因而发展镍铁双金属催化剂备受关注[10,11]. 水滑石(LDH)是一种双金属氢氧化物,其独特 [12] 的双金属层板结构和多样的金属元素赋予其独特的物理、化学性能 . 镍铁水滑石已被证明具有较高 的电催化水氧化活性[13,14]. 许多研究人员通过剥离手段得到单层或多层的水滑石,而且催化活性明显 提升[15~17] ,但是较差的电子传输能力在一定程度上限制了水滑石的电催化性能. 为了进一步提高电 催化性能,研究者们将水滑石原位生长在碳纳米管或者石墨烯等导电载体上[5,17,18] ,制备了系列水滑 石/ 碳材料复合结构催化剂. 本文首先通过简单的共沉淀法制备了不同镍/ 铁比(投料比)的镍铁水滑石,并采用液相剥离法得 到可以均匀分散在溶剂中的纳米镍铁水滑石薄片溶胶;随后基于静电作用得到了镍铁水滑石/ 还原氧 化石墨烯复合材料(Ni鄄Fe LDH/ rGO),并研究了其电催化水氧化性能. 结果表明,剥离的镍铁水滑石 具有更高的电催化活性,通过与还原氧化石墨烯的复合,其电催化活性得到进一步提升. 1摇 实验部分 1.1摇