Mo掺杂La_(0.8)Sr_(0.2)Co_(1-x)Mo_(x)O_(3-δ)的电催化析氧、析氢性能研究

电解水制氢是一种清洁、高效和安全的技术,极具发展潜力的制氢手段。电解水制氢过程中,阳极析氧(OER)和阴极析氢(HER)动力学缓慢,需要较高的过电位突破能量壁垒,导致耗能较高。高效OER和HER催化剂的使用是提高电解水效率的关键,开发高活性、高稳定性和低成本的OER和HER双功能电催化剂,可极大促进电解水制氢的产业化发展。钙钛矿氧化物(结构式ABO_(3))电催化剂具有储量丰富、结构与成分易调控等优点,在电催化水分解制氢催化剂的研究中广受关注。钙钛矿氧化物的B位离子掺杂是增强其电催化活性的常见策略,合理选择B位掺杂元素的种类和含量,不仅可调控钙钛矿氧化物的晶体结构、获得更高的催化活性,还可赋予其双功能催化性能。以La_(0.8)Sr_(0.2)CoO_(3-δ)钙钛矿氧化物为原料,通过高价Mo离子掺杂,采用固相合成法制备了La_(0.8)Sr_(0.2)Co_(1-x)Mo_(x)O_(3-δ)(LSCM,x=0、0.05、0.1、0.2)系列钙钛矿材料,研究了Mo掺杂量(质量分数)对钙钛矿材料电催化析氧和析氢性能的影响。结果表明,掺杂少量Mo元素,不会改变LSCM的物相和微观形貌,但可有效提升OER和HER的催化活性,其主要原因是Mo掺杂改变了Co的价态、氧空位和晶体结构对称性。适量Mo元素掺杂对LSC钙钛矿氧化物的析氢和析氧性能均有提高,但随着Mo掺杂量增多,LSCM的OER和HER催化活性均开始下降。当Mo质量分数为5%时,La_(0.8)Sr_(0.2)Co_(0.95)Mo_(0.05)O_(3-δ)(LSCM-5)具有最优异的OER和HER催化活性,在10 mA·cm^(-2)电流密度下,OER和HER过电位分别为457和320 mV,Tafel斜率分别为89和32 mV·dec^(-1)。本研究证明,B位Mo掺杂,对开发低成本、高性能的析氢和析氧双功能钙钛矿氧化物电催化剂具有一定实用价值。