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镍铁双氢氧化物的响应曲面法优化生长和电催化析氧性能研究
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作者 刘向阳 王议 +1 位作者 夏爽 刘中清 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第16期1-5,共5页
采用腐蚀工程制备了层状镍铁双氢氧化物电催化剂,利用X光衍射、场发射扫描电镜、高分辨透射电镜和光电子能谱等对样品物理化学特性进行了表征,采用线性伏安特性曲线、塔菲尔曲线、电化学阻抗谱、循环伏安特性以及恒电流下电势-时间曲线... 采用腐蚀工程制备了层状镍铁双氢氧化物电催化剂,利用X光衍射、场发射扫描电镜、高分辨透射电镜和光电子能谱等对样品物理化学特性进行了表征,采用线性伏安特性曲线、塔菲尔曲线、电化学阻抗谱、循环伏安特性以及恒电流下电势-时间曲线对样品电催化析氧特性进行了详细分析。在单因子实验的基础上,以50 mA·cm^(-2)对应析氧过电位为响应因子,用响应曲面法对影响催化剂性能的主要因素进行了优化,建立了泡沫镍铁腐蚀后析氧过电位的多项式模型,得出的优化制备条件为腐蚀温度80℃、时间9 h、NiSO_(4)浓度9 mmol·L^(-1)。在该条件下制备的样品在10 mA·cm^(-2)下的过电位为200 mV,Tafel斜率为52.5 mV·dec^(-1);50 mA·cm^(-2)电流密度下经过48 h连续测试,其OER催化活性仍能保持在95%,比起商用RuO_(2)电极显示出优良的电催化活性。 展开更多
关键词 镍铁双氢氧化物 腐蚀工程 响应曲面法 电催化 析氧反应
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基于镍铁层状双氢氧化物的氧析出催化剂:催化机制、电极设计和稳定性
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作者 王往 刘宇澄 陈胜利 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第2期12-44,共33页
近几十年来,氧析出反应因其在能量储存和转换技术中的关键作用而受到了广泛关注。然而,它需要高效的催化剂例如IrO2和RuO2,来加速其缓慢的反应动力学。在所开发的低成本材料中,镍铁层状双氢氧化物(NiFe LDH)较为有前景,其在碱性电解质... 近几十年来,氧析出反应因其在能量储存和转换技术中的关键作用而受到了广泛关注。然而,它需要高效的催化剂例如IrO2和RuO2,来加速其缓慢的反应动力学。在所开发的低成本材料中,镍铁层状双氢氧化物(NiFe LDH)较为有前景,其在碱性电解质中表现出出色的氧析出性能,过电位很低,在10 mA·cm^(-2)处仅需200-300 mV。虽然人们在开发基于NiFe LDH的高效电催化剂方面做出了巨大努力并取得了一些成果,但是要进一步降低其过电位具有相当的挑战性。为了克服这个瓶颈,就需要明确识别其活性位点和催化机理,从根本出发来探究新的解决方案,以获得具有超低过电位的催化剂。本综述首先回顾了NiFe LDH的结构、组成和发展历史。虽然人们在研究催化活性位点和机制方面付出了巨大努力,但其真正的催化位点和机制仍然是模棱两可并存在争议的。我们对催化位点研究的代表性工作进行了全面分析,希望对催化机理和活性位点能提供一些深入认识和理解。此外,我们还就增强其催化活性的各种策略,如杂原子掺杂和引入空位等,进行了总结并基于电子和几何结构对其活性提高原理进行了分类,为开发高性能的NiFe LDH基催化剂提供新的见解和方向。此外,催化剂的稳定性,尤其是在高电流密度等技术条件下的稳定性至关重要,但常常被人们忽视。最新的研究表明,NiFe LDH基催化剂在高电流密度下运行一段时间就会出现严重的活性衰减。因此,本综述强调了稳定性问题的重要性,以引起更多研究者对此问题的关注,并分析了NiFe LDH基催化剂的衰减机理,总结和讨论了基于这些衰减机理开发的改善稳定性问题的最新策略。最后,本综述讨论了制备兼具优异催化活性和稳定性的NiFe LDH基的高效催化剂的可能发展方向。 展开更多
关键词 镍铁层状氢氧化物 氧析出反应 催化机制 电极设计 稳定性
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镍铁基层状双氢氧化物析氧反应研究进展 被引量:1
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作者 蒋钱良 徐京城 《有色金属材料与工程》 CAS 2023年第4期68-76,共9页
近年来,能源危机、环境污染等问题导致了人们对开发高效清洁能源的迫切需求。氢气作为一种具备广泛应用前景的可替代能源,可通过电解水制备。然而,电解水制氢过程主要受制于阳极缓慢的析氧反应(oxygen evolution reaction,OER)过程。镍... 近年来,能源危机、环境污染等问题导致了人们对开发高效清洁能源的迫切需求。氢气作为一种具备广泛应用前景的可替代能源,可通过电解水制备。然而,电解水制氢过程主要受制于阳极缓慢的析氧反应(oxygen evolution reaction,OER)过程。镍铁基层状双氢氧化物(nickeliron layered double hydroxide,NiFe-LDH)由于其具备独特的层状结构、成本低廉、含量丰富且催化性能优异等特点,近年来被广泛研究。综述了通过晶格掺杂、空位缺陷和表面修饰对NiFeLDH化合物进行改性的最新研究进展,简要讨论了改性NiFe-LDH化合物研究过程中遇到的挑战和前景。 展开更多
关键词 密度泛函理论 电催化 析氧反应 镍铁基层状氢氧化物
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用于电解水制氢的镍铁层状双氢氧化物改性研究进展 被引量:3
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作者 魏源 郑路凡 +1 位作者 顾方伟 杜泽学 《石油学报(石油加工)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1434-1441,共8页
镍铁层状双氢氧化物(NiFe-LDH)具有独特的化学组成和结构特性,因其价格低廉,比表面积大、层状结构可控,而且表现出较为突出的催化析氧活性,被认为是有开发潜质的非贵金属析氧催化剂。但NiFe-LDH存在电导率低、表面活性位点不足等问题,... 镍铁层状双氢氧化物(NiFe-LDH)具有独特的化学组成和结构特性,因其价格低廉,比表面积大、层状结构可控,而且表现出较为突出的催化析氧活性,被认为是有开发潜质的非贵金属析氧催化剂。但NiFe-LDH存在电导率低、表面活性位点不足等问题,限制了电子转移效率,影响了析氧反应的进行,目前还无法满足电解水制氢的实用性要求。因此,对NiFe-LDH在合成方法改进和本征活性改进2个方面进行综述,为深入探索NiFe-LDH的合成及应用提供思路,并对NiFe-LDH在电解水析氧反应中的应用发展进行展望。 展开更多
关键词 镍铁层状氢氧化物 电解水 析氧反应 电催化剂 碳基材料 片层剥离
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三电极体系对NiFe-LDH光阳极光电化学动力学的影响
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作者 孙姣姣 杨晓红 安希忠 《材料与冶金学报》 CAS 北大核心 2023年第4期387-394,共8页
研究了不同镍铁质量比的镍铁双氢氧化物的光电化学催化性能,并得到了催化活性最佳时的镍铁质量比为9∶1.重点考察了三电极体系的测试条件对Ni_(0.9)Fe_(0.1)-LDH光阳极光电化学动力学的影响.研究结果表明:电解池的测试结果与其透光率有... 研究了不同镍铁质量比的镍铁双氢氧化物的光电化学催化性能,并得到了催化活性最佳时的镍铁质量比为9∶1.重点考察了三电极体系的测试条件对Ni_(0.9)Fe_(0.1)-LDH光阳极光电化学动力学的影响.研究结果表明:电解池的测试结果与其透光率有关,使用石英电解池测得的工作电极光电流密度为5μA/cm^(2),是使用聚四氟乙烯电解池测得的工作电极光电流密度的5倍,但聚四氟乙烯电解池受自然环境背景光的影响小,结果更真实可靠;使用Hg/HgO作为参比电极,测试结果更加准确,虽然使用Ag/AgCl作为参比电极在相同条件下测得的光电流密度是使用Hg/HgO作为参比电极测得的光电流密度的2.5倍,但AgCl在碱性电解液中可产生Ag^(+),增大了体系中的电荷转移速率,影响了测试结果的准确性.在碱性电解液中,与石墨电极相比,铂片电极稳定性较差,不利于呈现接近真实情况的测试结果. 展开更多
关键词 镍铁双氢氧化物 光电化学测试 三电极体系 催化活性
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Self-supporting NiFe LDH-MoS_(x) integrated electrode for highly efficient water splitting at the industrial electrolysis conditions 被引量:3
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作者 Han Zhang Guoqiang Shen +3 位作者 Xinying Liu Bo Ning Chengxiang Shi Lun Pan 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第10期1732-1741,共10页
Developing effective and practical electrocatalyst under industrial electrolysis conditions is critical for renewable hydrogen production.Herein,we report the self-supporting NiFe LDH-MoS_(x) integrated electrode for ... Developing effective and practical electrocatalyst under industrial electrolysis conditions is critical for renewable hydrogen production.Herein,we report the self-supporting NiFe LDH-MoS_(x) integrated electrode for water oxidation under normal alkaline test condition(1 M KOH at 25℃)and simulated industrial electrolysis conditions(5 M KOH at 65℃).Such optimized electrode exhibits excellent oxygen evolution reaction(OER)performance with overpotential of 195 and 290 mV at current density of 100 and 400 mA·cm^(-2) under normal alkaline test condition.Notably,only over-potential of 156 and 201 mV were required to achieve the current density of 100 and 400mA·cm^(-2) under simulated industrial electrolysis conditions.No significant degradations were observed after long-term durability tests for both conditions.When using in two-electrode system,the operational voltages of 1.44 and 1.72 V were required to achieve a current density of 10 and 100 mA·cm^(-2) for the overall water splitting test(NiFe LDH-MoS_(x)/INF||20%Pt/C).Additionally,the operational voltage of employing NiFe LDH-MoS_(x)/INF as both cathode and anode merely require 1.52 V at 50mA·cm^(-2) at simulated industrial electrolysis conditions.Notably,a membrane electrode assembly(MEA)for anion exchange membrane water electrolysis(AEMWEs)using NiFe LDH-MoS_(x)/INF as an anode catalyst exhibited an energy conversion efficiency of 71.8%at current density of 400 mA·cm^(-2)in 1 M KOH at 60℃.Further experimental results reveal that sulfurized substrate not only improved the conductivity of NiFe LDH,but also regulated its electronic configurations and atomic composition,leading to the excellent activity.The easy-obtained and cost-effective integrated electrodes are expected to meet the large-scale application of industrial water electrolysis. 展开更多
关键词 Self-supporting integrated electrode NiFe LDH Electronic structure modulation Industrial alkaline water electrolysis Membrane-electrode assembly
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