高效析氧反应催化剂Fe-MIL-101的制备及性能研究
2021-10-12彭学刚李晓东崔丽萍高志华左志军
彭学刚 ,李晓东 ,崔丽萍 ,高志华 ,黄 伟 ,左志军,*
(1.太原理工大学 省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室,山西 太原 030024;2.晋中学院 化学化工学院,山西 晋中 030619;3.太原理工大学 化学化工学院,山西 太原 030024)
日益增长的能源需求和随之而来的环境问题正在促使人们开发更多可持续和环境友好的替代能源来取代化石燃料[1]。氢气(H2)因为热值高(142 MJ/kg)、密度小(0.089 g/L)、无毒等性质吸引了研究者的注意。电解水制氢以丰富且可再生的水为氢源产生高纯度 H2(≈ 100%)[2, 3]。目前,通过电解水制氢的产量达到世界H2总产量的4%[4],但生产过程能耗巨大制约了进一步工业化[5]。析氢反应(HER)与析氧反应(OER)的过电位较高是电解水过程能耗巨大的主要原因。OER和HER分别为四电子-质子耦合和二电子转移反应,OER作为更耗能的半反应,动力学慢、效率低、高能耗严重制约着电解水反应的能源利用率[6]。如何降低OER能耗成为电解水技术实现工业化前需要完成的关键突破[7]。因此,研究具有高活性和长期稳定性的OER催化剂来降低电解水能耗既具有重要的学术价值,又有着显著的应用前景[8, 9]。
金属有机骨架(MOFs)由于结构和功能可调性、高孔隙率和孔径分布均匀等特点,尤其是可在催化过程中提供开孔结构和高密度活性位点,进而实现快速传质和提高催化性能而在OER中得到应用[10, 11]。如,Zhang 等[12]以 CoCl2·6H2O 和对苯二甲酸为原料,通过水热法在泡沫镍上生成Co-MOF/NF用于OER中,在1 mol/L KOH 电解液中电流密度为 50 mA/cm2时过电位为 311 mV。然而,Co-MOF/NF的 OER活性低于商业 RuO2/NF(271 mV)。因此,一些研究者尝试以MOFs为前驱体,通过高温煅烧制备出相应的金属氧化物/碳化物/磷化物等用于 OER。……
