李玉平 熊图治 韦晶晶 Balogun Muhammad-Sadeeq

摘   要：将304不锈钢网在含2 mol·L-1 Ni2+的沸腾溶液中处理120 s，制得了催化析氧性能优异、能规模化生产的自支撑电催化剂（SS/Ni-OH2M-120s）. 该催化剂在10 mA·cm-2电流密度下的过电位为214 mV，比未经处理的304不锈钢网降低约127 mV，在20 mA·cm-2的电流密度下恒电位极化10 h后，催化性能没有出现明显变化，说明具有良好的稳定性. 将其与Pt网电极组成全分解水装置，在1.61 V总分解电压下，便可以提供10 mA·cm-2的电流密度，比Pt-Mesh//IrO2 /SS全分解水装置电压降低了0.23 V.

关键词：自支撐电催化剂;快速制备;析氧反应;过电位;全分解水;催化剂

中图分类号：TB321                       文献标志码：A

Study on Performance of Self-supporting Oxygen Evolution

Electrocatalyst for  Rapid Prepared Stainless Steel Mesh

LI  Yuping?，XIONG Tuzhi，WEI Jingjing，Balogun Muhammad-Sadeeq

（College of Materials Science and Engineering，Hunan University，Changsha  410082，China）

Abstract：The 304 stainless steel mesh was treated in a boiling solution containing 2 mol·L-1 nickel source for 120 s to obtain a self-supporting electrocatalyst（denoted SS/Ni-OH2M-120s） with excellent Oxygen Evolution Reaction（OER） performance. This self-supporting electrocatalyst facilitated industrialization and scale production. The overpotential of SS/Ni-OH2M-120s electrocatalyst obtained at the current density of 10 mA·cm-2 was 214 mV， which was about 127 mV lower than that of the blank 304 stainless steel mesh. After the constant potential polarization for 10 h at a current density of 20 mA·cm-2，the catalytic performance displayed no obvious change， indicating excellent stability. When SS/Ni-OH2M-120s anode was combined with the Pt mesh cathode（Pt-Mesh//SS/Ni-OH2M-120s） to make overall splitting water， a decomposition voltage of 1.61 V at the current density of 10 mA·cm-2 was achieved， which was 0.23 V lower than the commercial Pt-Mesh//IrO2 /SS.

Key words：self-supporting electrocatalyst;scalable preparation;Oxygen Evolution Reaction（OER）;overpotential;water splitting;catalysis

水分解技术可以分为析氢反应（HER）和析氧反应（OER）两个电化学半反应. 使用催化剂降低反应能垒，可使水分解制氢更符合实际需求. 现常用的OER和HER催化剂有Ir基、Ru基和Pt基等贵金属化合物催化剂[1-3]，它们虽然能较大幅度降低水分解所需的电压，但因资源稀缺、成本高昂以及稳定性较差而影响了其规模化使用[4-5]. 正因为如此，过渡金属电催化剂已备受人们青睐. 有些过渡金属催化剂的催化性能已经接近甚至优于贵金属催化剂[6-8].

不锈钢网因其具有良好的导电性、在碱性介质正电位下的高稳定性、自身的三维结构、适当的柔性及低廉的价格而成为电化学过程（如OER）的理想基体之一[9-10]，通过适当处理后，可直接用做OER催化剂. 例如Balogun等[11]曾用LiCl·H2O和H3PO4在120 ℃腐蚀AISI-304不锈钢网并将其在N2气氛下退火后直接用于OER催化. 在10 mA·cm-2处的过电位为278 mV，塔菲尔斜率为83 mV·dec-1，电解1 × 106 s后，催化性能没有发生明显变化. 但因需……