摘要
氢能作为一种高能量密度且无污染的能源载体，被视为化石燃料能源的理想替代品。电解水制氢技术，由于能将风能、太阳能、潮汐能等可再生能源产生的电能用于制取氢气，被认为具有极大的应用前景。然而，因电解水反应的阳极反应为析氧反应，该反应涉及到缓慢的四电子转移过程，这严重降低了电解水产氢的效率。因此，探索制备高活性析氧反应电催化剂具有重要意义。此外，用氧化电位更低的有机小分子氧化反应替代析氧反应也是一种优化阳极反应的思路。本文以镍基电催化剂为主要研究对象，分别从析氧反应和有机小分子氧化反应两个方面开展研究。具体研究内容如下： 1）以Ni(OH)2纳米片作为前驱体，FeCl3作为掺杂源和刻蚀剂，制备了多孔Fe掺杂Ni(OH)2纳米片，研究其析氧反应性能。该样品仅需278mV过电位即可达到10mAcm-2电流密度，且在膜电极的大电流（＞1.6A）下，性能优于贵金属电催化剂RuO2。对反应后样品进行表征分析，发现纳米孔能促进具有高电催化活性的NiOOH生成，这是该样品性能优异的主要原因。 2）使用退火氮化的方法制备了具有高导电性和低氧化电位的Ni3N纳米颗粒，研究其乙二醇氧化性能。该样品在1.37V即可获得10mAcm-2电流密度，且能以92.78%的法拉第效率将乙二醇转化为甲酸盐。对反应后样品进行表征分析，推断Ni3N纳米颗粒在发生乙二醇氧化反应时，表面会发生Ni(OH)2与NiOOH的循环转换，内部则保持着高导电性的Ni3N，它们之间的协同效应促进了乙二醇氧化。
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