Page 125 - 《精细化工》2022年第11期

第 39 卷第 11 期 精 细 化 工 Vol.39, No.11
2 022 年 11 月 FINE CHEMICALS Nov. 2022

功能材料
非晶态硼化物 Ni-Fe-Co-B 的合成

及其电催化析氧性能

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邓晓莉，李巧玲 ，顾 伟，张睿轩，郝 莉
（中北大学 化学与化工学院，山西 太原 030051）

摘要：电解水制氢是绿色氢能源研究中的热点课题。其中，析氧半反应较高的过电位是导致电解水动力学缓慢
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的主要原因。为了提高电解水制氢的效率，通过简单的液相合成方法，以硼氢化钠和过渡金属 Ni 、Fe 、Co 2+
盐为原料，制备了非晶态的过渡金属硼化物 Ni-Fe-Co-B，将其作为析氧半反应催化剂。对 Ni-Fe-Co-B 进行了
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SEM、TEM、XRD、XPS 和电化学表征。结果表明，成功合成非晶态催化材料 Ni-Fe-Co-B，当 n(Ni )∶n(Fe )∶
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n(Co )=1∶1∶1、电流密度为 20 mA/cm 时，Ni-Fe-Co-B 的过电位仅为 299 mV，Tafel 斜率为 101 mV/dec。
在 0.47 vs. SCE 的恒电压测试下，Ni-Fe-Co-B 具有 12 h 以上的稳定性。
关键词：氢能源；水分解；过渡金属硼化物；催化剂；析氧半反应；功能材料
中图分类号：TQ426；O756 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2022) 11-2275-07

Synthesis and electrocatalytic oxygen evolution performance
of amorphous boride Ni-Fe-Co-B

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DENG Xiaoli, LI Qiaoling , GU Wei, ZHANG Ruixuan, HAO Li
（School of Chemistry and Chemical Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, Shanxi, China）

Abstract: Hydrogen production by water electrolysis is research focus in green hydrogen energy production.
However, the slow kinetics of water electrolysis mainly caused by the high overpotential needed for oxygen
evolution reaction limits its further development. In order to improve hydrogen production efficiency by
water electrolysis, amorphous transition metal boride Ni-Fe-Co-B was prepared by simple liquid phase
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reaction of sodium borohydride and transition metals Ni , Fe and Co salts, characterized by SEM, TEM,
XRD, XPS and electrochemical analysis and then used for oxygen evolution catalysis. The results showed
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that the amorphous catalytic material Ni-Fe-Co-B was successfully synthesized. When n(Ni )∶n(Fe )∶
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n(Co )=1∶1∶1, the overpotential of Ni-Fe-Co-B was only 299 mV and the Tafel slope was 101 mV/dec
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at a current density of 20 mA/cm . Under the constant voltage test of 0.47 vs. SCE, Ni-Fe-Co-B exhibited
excellent stability of more than 12 h.
Key words: hydrogen energy; water splitting; transition metal borides; catalysts; oxygen evolution reaction;
functional materials
[3]
氢能源作为一种绿色环保能源，是未来替代化 动力学缓慢 。为了提升水电解的效率，研究者设
石能源的首选能源 [1-2] 。电解水制氢具有以水为原 计合成了不同种类的电催化剂。其中，贵金属 Ir、
料、操作工艺方便、产氢率高、不会产生温室气体 Ru、Pt 催化剂表现出优异的催化性能，但是贵金属
等优点，成为主要的制氢方法。电解水主要包括阳 成本昂贵、原料稀少。因此，将研究目光逐渐转向
极析氧（OER）、阴极析氢（HER）两个半反应，在 非贵金属材料。
OER 半反应中，由于多电子/质子的转移，导致反应 自 20 世纪 80~90 年代，过渡金属硼化物就被研

收稿日期：2021-12-09; 定用日期：2022-07-04; DOI: 10.13550/j.jxhg.20211262
基金项目：国家自然科学基金（51272239）；山西省重点研发计划项目（20193D121114）
作者简介：邓晓莉（1997—），女，硕士生， E-mail：553458052@qq.com。联系人：李巧玲（1965—），女，教授，E-mail: liqiaoling550@
163.com。