蔡家阳 曲德智 何雄 刘静华 苏萍萍

摘 要：利用廉价的过渡金属制备高效催化剂来降低复杂、缓慢阳极过电位，是解决电解水制备氢气瓶颈的有效手段。本研究采用溶剂热法在泡沫镍上合成具有多孔微球结构的Co3O4/NF高性能电催化剂，这种多孔微球材料展现出了较大的电化学活性面积（5.54 mF/cm2），有利于暴露更多的活性位点，加速传质，显著提高催化剂的电化学活性。在1 mol/L KOH条件下具备较好的析氧反应（oxygen evolution reaction， OER）催化能力，仅需253 mV便可达到50 mA/cm2的电流密度，并表现出良好的长时稳定性（24 h）。简单的制备工艺、优异的性能、长期稳定的使用寿命使其在电解水催化发展领域具有巨大的潜力。

关键词：Co3O4；OER；电催化剂；多孔微球结构；电化学性能

中图分类号：TQ031.4 DOI：10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2024.03.016

0 引言

环境污染和能源危机促进了新能源技术的发展[1-2]。在这些替代新能源技术中，氢能是一种环境友好、成本低廉的新型能源，可以替代化石燃料。水裂解制氢是最理想和最有前途的可再生能源转化方法[3]。然而电解过程中析氧反应（oxygen evolution reaction， OER）半反应的缓慢动力学极大地限制了整体产氢速率[4]。为了克服速率限制步骤，应开发低动力学障碍、高能量反应动力学和长时间稳定性的高效电催化剂，以在低过电位（η）下产生大量的氧[5]。目前，贵金属钌（Ru）和铱（Ir）基氧化物是最有效的OER电催化剂，然而，这些贵金属的稀缺性和高成本限制了它们的实际应用[6]。因此，为开发具有高活性和稳定性的非贵金属电催化剂，研究者们投入了大量的研究工作。

钴基材料由于其高催化活性、可控的纳米结构制备、低成本和地球丰度等优点而广受关注[7]，如钴基氧化物[8]、氢氧化物[9]、硫化物[10]和磷化物[11]等。……