【摘 要】
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氢能作为一种理想的二次能源,已被纳入我国新能源战略布局中,尤其是近年来我国氢能发展步入快车道,正迎来由示范应用到规模化应用的关键阶段。水裂解技术作为一种理想的可持续制氢技术,可以实现绿色制氢,解决能源匮乏和环境污染问题。但其析氧反应（OER）动力学迟缓,涉及四电子转移过程,且需要高过电位才能发生反应,严重制约了电解水过程的能量转换效率。因此,如何制备出高效、低过电势的OER催化剂以达到最佳的水氧化
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氢能作为一种理想的二次能源,已被纳入我国新能源战略布局中,尤其是近年来我国氢能发展步入快车道,正迎来由示范应用到规模化应用的关键阶段。水裂解技术作为一种理想的可持续制氢技术,可以实现绿色制氢,解决能源匮乏和环境污染问题。但其析氧反应（OER）动力学迟缓,涉及四电子转移过程,且需要高过电位才能发生反应,严重制约了电解水过程的能量转换效率。因此,如何制备出高效、低过电势的OER催化剂以达到最佳的水氧化性能是目前的研究热点。本论文以金属镍（Ni）和金属铁（Fe）元素为基础,成功制备了NiFeLDH催化电极、Ti@Ni（OH）2/FeOOH和Ti@Fe2（Mo O4）3@Ni（OH）2异质结电极,通过电化学测试手段研究其析氧性能和增强机制,并利用其它技术分析其微观组织结构和催化剂在反应过程中的组分分布及价态变化。主要研究内容如下:（1）采用简单的电化学沉积法合成NiFeLDH水滑石纳米分层催化剂。沉积时间为80 s的NiFeLDH/Fe催化电极直接作为阳极电极,仅需1.455 V vs.RHE的电压便可驱动10 m A cm-2的电流密度,表现出良好的催化活性。同时,所制备的电极还表现出良好的稳定性。XPS结果表明,活性位点Fe和集电体（NiFeLDH）之间存在的耦合界面可调节镍铁层状氢氧化物（LDH）的局部电子结构,促进电荷转移。该集成电极的合成可以有效改善LDHs导电性,简化电极制备过程,缩短合成催化剂时间。（2）采用溶剂热法和电化学沉积法构筑富含界面的Ti@Ni（OH）2/FeOOH自支撑异质结构催化剂,优化后的电极具有较低的电荷转移电阻,在1.503 V vs.RHE时可以输出10 m A cm-2的电流密度,Tafel斜率为42.9 m V dec-1。同时,该催化剂稳定性测试48 h后未表现出明显的衰减。XPS结果表明,Ni（OH）2纳米片和FeOOH纳米颗粒之间存在电荷转移,显著增强了对OER反应中间体的吸附或脱附能力。构筑的自支撑Ti@Ni（OH）2/FeOOH异质结催化剂有利于Ni和Fe位点之间的协同效应,从而提高水氧化动力学。（3）采用两次溶剂热法制备多孔纳米级Ti@Fe2（Mo O4）3@Ni（OH）2异质结催化剂。制备的催化剂由Fe2（Mo O4）3棱柱和Ni（OH）2纳米花构成,这种纳米结构可以增加活性物质与电解质的接触面积,提供更多的活性位点,加快反应过程中的传质速度。在1.0 M KOH中,仅需1.480 V vs.RHE就可以输出10 m A cm-2的电流密度,Tafel斜率为56 m V dec-1。电化学测试结果表明,升高电解液温度和提高电化学性能呈正相关关系。XPS结果表明,Ni、Fe和Mo元素之间存在协同作用,使得Ti@Fe2（Mo O4）3@Ni（OH）2异质结催化剂具有较快的反应动力学。经分析,Fe2（Mo O4）3@Ni（OH）2预催化剂在OER连续催化过程中发生重构并生成新的活性物质FeOOH和Ni OOH,从而作为真正的活性位点。
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