镍钼基催化剂的制备及其尿素电解性能研究

概括：

电化学水分解反应由两个半反应组成，即阴极的析氢反应（HER）和阳极的析氧反应（OER）。理论上OER反应需要较高的电位，制约了水电解制氢技术的大规模应用。而尿素氧化反应（n，UOR）需要的理论电位相对较低，整个反应过程只产生N2、H2和CO2，不污染环境。以UOR反应取代OER反应的尿素电解制氢技术是一种非常有前景的电化学制氢方法。但UOR反应过程中涉及的6e-反应和反应机理不明确仍是该技术面临的难点，探索高效的尿素电氧化制氢双功能催化剂是提高其性能的关键。本文通过对催化剂进行设计优化，制备出对HER和UOR均具有良好催化效果的镍钼基催化剂。具体内容如下：1.采用电沉积方法在碳布上沉积镍钼合金催化剂（MoNi4@CC），在保持其他条件不变的情况下，改变沉积时间、沉积电流密度及沉积溶液的镍铝比。通过相关电化学测试发现，UOR和HER过程中的最佳沉积时间均为1h，最佳沉积电流密度为-2，HER过程中沉积溶液的最佳镍钼比为1:4，UOR过程中沉积溶液的最佳镍钼比为3:2。

以选定的HER催化剂为工作电极，在1molL-1KOH溶液体系中，过电位仅为26mV，Tafel斜率为-1。以选定的UOR催化剂为工作电极，在1molL-1KOH与0.5molL-1尿素的混合溶液中，-2的电流密度为1.399V，Tafel斜率为-1。组装的尿素电解池仅需1.48V即可达到-2的电流密度，比水电解低0.21V，并在10h稳定性测试中表现出良好的稳定性。2.采用简便的水热法制备自支撑NiMoO前驱体，保持其它条件不变，改变水热时间和水热温度制备不同的催化剂进行优化。经过对比测试，HER和UOR过程中最佳水热时间均为4h，最佳水热温度均为150℃。进一步在管式炉中进行低温磷化处理后，制备出自支撑Ni(PO3)2-@NF催化剂。相关电化学测试表明，当磷化温度为350℃、镍钼比为1∶1时，该催化剂在HER和UOR过程中均具有最佳催化性能。以其为工作电极时，在1molL-1KOH溶液体系中，达到电流密度-2需要50mV的过电位，Tafel斜率为-1；在1molL-1KOH与0.5molL-1尿素的混合溶液中，达到电流密度-2需要1.384V的电位，Tafel斜率为-1。组装的尿素电解池仅需1.50V即可达到电流密度-2，比水电解低0.8V，并在10h稳定性试验中表现出良好的稳定性。

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