304不銹鋼絲網(wǎng)和金屬化合物的催化性能在電解水制氫中的影響

電解水制氫是解決能源短缺與環(huán)境污染的有效途徑。雖然基于貴金屬的Pt和Ir O2、Ru O2電催化劑具有出色的催化活性,但是價(jià)格昂貴和稀缺性限制了其大規模持續利用。因此,開(kāi)發(fā)低成本且高效的電催化劑極為重要。近年來(lái),過(guò)渡金屬憑借其儲量豐富、價(jià)格便宜的優(yōu)勢被廣泛研究,某些過(guò)渡金屬材料的催化性能甚至已經(jīng)超越了貴金屬催化劑,但它們通常需要結合添加劑涂覆到玻碳上,制備工藝復雜,在大電流密度下工作會(huì )容易脫落,進(jìn)而對催化性能造成負面影響?；诖?本文采用價(jià)格便宜、穩定性?xún)?yōu)異的304型不銹鋼絲網(wǎng)作為基底材料,重點(diǎn)研究了不銹鋼網(wǎng)對幾種過(guò)渡金屬化合物的催化活性影響。

（1）通過(guò)調控水熱反應時(shí)長(cháng),具有不同納米結構的CoO-CoP以水熱法和氧化磷化處理成功生長(cháng)在不銹鋼絲網(wǎng)上。結果表明,水熱時(shí)長(cháng)為12h的不銹鋼絲網(wǎng)/CoO-CoP樣品具有多孔納米線(xiàn)和納米片復合結構（不銹鋼絲網(wǎng)/CoO-CoP NWPs）,在10mAcm-2的電流密度下僅需要31mV的低過(guò)電位,接近于涂覆于不銹鋼絲網(wǎng)上的商業(yè)鉑碳電催化劑。多孔納米結構提供了大量表面積和豐富的活性位點(diǎn),不銹鋼絲網(wǎng)與CoO、CoP具有強烈的電子相互作用進(jìn)而協(xié)同提升其整體的催化活性。多孔不銹鋼絲網(wǎng)/CoO-CoP NWPs在不銹鋼絲網(wǎng)上的集成為實(shí)現低成本高效HER的自支撐電催化劑提供了應用可能。

（2）Ni0.58Al0.42合金通過(guò)簡(jiǎn)單的電沉積和后退火方法成功地生長(cháng)在不銹鋼絲網(wǎng)、NF、CC上,并直接用作高效OER電催化劑。以生長(cháng)在不銹鋼絲網(wǎng)上的Ni0.58Al0.42合金(不銹鋼絲網(wǎng)/Ni0.58Al0.42)為例,不銹鋼絲網(wǎng)不僅作為Ni0.58Al0.42生長(cháng)的粘合劑和無(wú)添加劑的導電基底,還通過(guò)促進(jìn)不銹鋼絲網(wǎng)和Ni0.58Al0.42合金之間的電子相互作用作為協(xié)同性能貢獻者。不銹鋼絲網(wǎng)/Ni0.58Al0.42電催化劑在10 m A cm-2下表現出251 m V的過(guò)電位,優(yōu)于其不銹鋼絲網(wǎng)/Ni對應物和最近報道的大多數鎳基合金電催化劑。更重要的是,Ni0.58Al0.42合金生長(cháng)在NF和CC上同樣顯示出優(yōu)異的OER性能。Ni Al基合金作為不含粘合劑和添加劑的電催化劑在各種導電基底上的集成為設計高效分水的自支撐金屬合金創(chuàng )造了機會(huì )。

（3）進(jìn)一步研究了多孔不銹鋼絲網(wǎng)/CoO-CoP NWPs與不銹鋼絲網(wǎng)/Ni0.58Al0.42合金的整體分解水性能,不銹鋼絲網(wǎng)/CoO-CoP//不銹鋼絲網(wǎng)/Ni0.58Al0.42整體分解水裝置被組裝,該裝置在10m A cm-2的電流密度下具有1.55 V的分解水電位,優(yōu)于不銹鋼絲網(wǎng)/Pt-C//不銹鋼絲網(wǎng)/Ir O2（1.57V）。不銹鋼絲網(wǎng)/CoO-CoP//不銹鋼絲網(wǎng)/Ni0.58Al0.42分解水裝置的組裝和設計為開(kāi)發(fā)低成本且高效的分解水提供了可能。