【摘 要】
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目前,由于化石燃料大量燃烧,能源短缺问题与环境问题日益严重,利用电解水的方法可以制备出高纯度的氢能,是解决能源与环境问题的有效手段。电解水反应依赖于有效的催化剂。钙钛矿氧化物由于其可调控的电子结构,较低的成本,良好的稳定性等优点,在近些年受到越来越多的关注。本论文通过对La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3（LSCF）钙钛矿进行表面改性与A位Ba掺杂,来进一步提升其电催化性能,具体研究内容如
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目前,由于化石燃料大量燃烧,能源短缺问题与环境问题日益严重,利用电解水的方法可以制备出高纯度的氢能,是解决能源与环境问题的有效手段。电解水反应依赖于有效的催化剂。钙钛矿氧化物由于其可调控的电子结构,较低的成本,良好的稳定性等优点,在近些年受到越来越多的关注。本论文通过对La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3（LSCF）钙钛矿进行表面改性与A位Ba掺杂,来进一步提升其电催化性能,具体研究内容如下。首先,采用溶胶凝胶法制备了LSCF钙钛矿纳米粉体,并用0.2 mol·L-1的稀硝酸对其表面进行选择性A位阳离子刻蚀,通过调节刻蚀时间,得到了具有表面A位缺陷的LSCF钙钛矿催化剂。SEM-EDS,XPS,ICP-OES结果证明了0.2mol·L-1的稀硝酸对处于A位的Sr具有明显的选择性。在氧气饱和的0.1mol·L-1的KOH溶液中对刻蚀不同时间段的LSCF催化剂进行了析氧反应（OER）性能测试,发现当刻蚀时间为6 h时,LSCF具有最优的OER性能:在10 m A·cm-2处的过电位比未刻蚀的样品低75 m V,具有最高的质量比活性与面积比活性,以及最快的电荷传质速度。这是由于当刻蚀6 h时,样品具有较大的比表面积,较多的反应活性位点,较高的氧空位浓度以及较高比例的吸附氧与羟基。这些因素会促进OER性能的提升。当刻蚀时间超过6 h后,OER性能反而有所下降,这是由于刻蚀时间过久后,样品中引入氧空位过多,导致B位阳离子的eg电子轨道占据比过多的偏离1.2。然后研究了A位Ba掺杂对LSCF钙钛矿的结构和电催化性能的影响:采用溶胶凝胶法制备了Ba的掺杂比例在0,0.1,0.3,0.5的催化剂Bax(La0.6Sr0.4)1-xCo0.8Fe0.2O3（x=0,0.1,0.3,0.5）,并在1mol·L-1的KOH溶液中对其进行了析氧反应（OER）,析氢反应（HER）,以及全解水性能的研究。发现当Ba的掺杂量在0.5时,样品获得了最优异的OER,HER与全解水的性能,相对于未掺杂的样品,在10 m A·cm-2的HER过电位下降了115 m V,OER过电位下降了87 m V。同时,该样品具有最大的电化学活性面积,最快的传质速度。这是由于其较多的氧空位,以及更加接近1.2的eg电子轨道占据比。
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