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1、鐵基陽極析氧催化劑的制備及性能研究摘要氫氣是在世界范圍內被公認的清潔能源載體，它具有來源豐富、清潔、可再生等優(yōu)點，是化石能源的最佳替代品。電解水制氫是當前發(fā)展比較成熟的一種制氫方式，其優(yōu)點在于工藝過程簡單、產物純凈、無環(huán)境污染。電解水制氫也是對我國當前太陽能、風能發(fā)電過程中出現(xiàn)的產能過剩的一種解決方案。但是目前電解水制氫技術存在的主要缺點也很顯著，如成本高、能耗高、能源的轉化效率低等。因此可以通過對電極催化劑選擇和改良來解決電解水制氫成本高、能耗高、能源轉化效率低的問題。鐵是地殼中含量最多的過渡金屬元素，其毒性也遠遠小于同族的鈷和鎳。由于具有豐富的氧化還原性能和在血紅蛋白中活化
2、氧的能力，鐵被廣泛地認為可以作為催化劑來催化水氧化。鐵催化劑作為光陽極已被廣泛的研究，但是利用原位電沉積制備鐵基析氧催化劑作為電解陽極析氧催化劑的研究較少。本文利用原位電沉積的方法制備出了三種基于鐵的陽極析氧催化劑薄膜。并通過XRD、TEM、SEM等測試手段考察其結構與形貌，采用EDS、XPS、微量元素分析等對原位電沉積催化膜的成分及價態(tài)進行分析，通過循環(huán)伏安法、線性掃描伏安法、恒電位法測試鐵基催化膜所表現(xiàn)的電催化性能。具體研究內容主要分為以下三個部分：I1.在醋酸鈉體系下，以硫酸亞鐵為前驅體，利用恒電位電沉積的方法成功制備了用于催化水氧化的鐵基析氧催化劑薄膜。研究其獨特的結構
3、如多孔納米表面結構和分散的晶疇與其優(yōu)異的催化性能之間的關系。通過一系列表征確定了其活性組分為羥基氧化鐵。通過對制備過程中前驅體、電沉積厚度和電解質種類的考察，明確了其在催化劑成型過程中的作用，并在此基礎上提出機理模型解釋了這些因素在電沉積的過程中作用。2.將三氟甲烷磺酸基作為一種弱的協(xié)調離子而引入已制備成熟的鐵基析氧催化膜，試圖通過三氟甲烷磺酸基的摻雜來提高催化劑的催化活性或降低析氧過電位。結果表明，通過把絡合鐵作為前驅體進行電沉積確實可以成功地將三氟甲烷磺酸基引入析氧催化膜當中。在電化學催化性能上其顯著的提高了催化活性，并降低了過電位。3.利用恒電位法沉積石墨烯和鐵基催化膜的
4、混合物，使得其催化水氧化性能得到有效提高。在此基礎上，研究石墨烯和鐵沉積量對催化性能的影響，并確定最佳比例。當還原氧化石墨烯沉積500mC，鐵基膜的沉積10min時其綜合性能最好。關鍵詞：電沉積，鐵基催化劑，電解水，析氧，水氧化IIPREPARATIONANDPERFORMANCEOFIRON-BASEDANODICOXYGENEVOLVINGCATALYSTABSTRACTHydrogenisawell-knowncleanenergyallaroundtheworld.Withstrengthsofvarioussources,cleaningandrenewability
5、,itistheoptimumsubstituteoffossilfuel.ProducinghydrogenbyWaterelectrolysisisarathermaturewayofhydrogenproductioninthecurrenttimes,whichexcelsinsimpleequipments,simpleproducingprocesses,clearproductsandfreeofenvironmentcontainment.Waterelectrolysisisalsoasolutionforexcesscapacityoccurreddurin
6、gtheprocessofsolarpowergenerationandwindpowergenerationinChina.However,themaindefectsduringtheprocessofWaterelectrolysisarealsoobvious,suchashighcosts,highenergyconsumption,lowconversionrateofenergyandthelike.Therefore,byselectingandmodifyingelectrodecatalystcansolvetheproblems,suchashighcos
7、ts,highenergyconsumption,lowconversionrateofenergyandthelike,duringwaterelectrolysis.IIIIronisthemostabundanttransitionmetalelementintheearthcrust,thetoxicityofwhichisfartherlowerthanCoandNi.Sinceironhasarichredoxpropertiesandapowerofoxygenactivati
