摘要
由于人们对化石燃料的过度消耗，能源危机和环境问题日益严重，开发清洁可再生能源已成为解决该问题的关键。氢能具有能量密度高和环境友好等优势，已成为一种非常有前途的清洁可再生能源。在目前的产氢技术中，电解水产氢已成为一种高效且相对成熟的产氢技术。然而，人们如果想通过该技术来实现氢燃料的大规模生产，则需要解决阳极析氧反应（OER）动力学缓慢的问题。为了解决该问题，一方面，研究者们致力于开发高效且廉价的OER电催化剂；另一方面，研究者们通过具有快速化学反应动力学的小分子电氧化反应来取代阳极OER。当然，这都离不开性能优异、成本低廉且稳定性良好的电氧化催化剂。 在众多电氧化催化剂中，过渡金属基电催化剂不仅合成工艺简单、合成原料储量丰富、成本低廉，而且还具有结构可控性高、催化性能高效和稳定性能优异等优势。此外，若将其负载于导电载体上可以增强电催化剂的电荷转移能力，从而可以进一步协同优化催化剂的催化活性。在本论文中，作者以过渡金属基电催化剂为研究对象，结合导电碳载体和泡沫镍导电基底设计开发了几种能够用于高效催化OER或甘油部分氧化反应的负载型过渡金属电催化剂。本论文的主要内容如下： 1.作者开发设计了一系列具有不同硫化程度且负载于氮掺杂多孔碳导电载体上的钴基纳米催化剂。同时，作者还进一步研究了不同的硫化程度对电催化OER性能的优化作用。研究发现，部分硫化的钴基纳米催化剂能够在预氧化过程中快速富集大量高价活性位点，其氮掺杂多孔碳载体的高导电性还可以进一步协同优化活性位点的本征活性。所以，该催化剂具有优异的OER催化活性，在电流密度为10mAcm-2时的过电位仅为225mV。此外，得益于该催化剂N-C支撑骨架的保护作用，该催化剂具有超强的OER电催化稳定性能，其优异的OER催化活性能够稳定保持300小时左右。 2.作者通过一步水热法合成了一种负载于泡沫镍（NF）基底上的高熵层状氢氧化物（HE-LH），并以此用来电催化甘油部分氧化反应产甲酸。HE-LH电催化剂的高粗糙度二维超薄纳米片结构能够促进大量表面活性位点的优先暴露。同时，催化剂中Fe、Cr、Co、Ni以及Cu五种金属元素的协同作用能够优化电子结构，从而可以进一步增强催化剂的本征活性。此外，NF基底的高导电性能够促进电荷转移，可以协同优化催化剂活性位点的本征活性。基于此，HE-LH电催化剂不仅具有优异的电催化甘油部分氧化反应活性，而且其电催化甘油部分氧化产甲酸的法拉第效率和选择性也非常高。除此之外，该催化剂还在电催化甘油部分氧化产甲酸过程中表现出了优异的稳定性能。因此，该方法为高熵材料用于甘油增值氧化生产甲酸提供了可行性指导。
NETL