Page 127 - 《精细化工》2022年第11期

第 11 期 邓晓莉，等: 非晶态硼化物 Ni-Fe-Co-B 的合成及其电催化析氧性能 ·2277·

对于参比电极的电位转换成可逆氢电极（RHE）电 如图 3a 所示，Fe-Co-B 和 Ni-Fe-Co-B 均没有明显的
位，电解液为氮气饱和的 1 mol/L 的 NaOH 溶液。 衍射峰，在 2θ=40°~50°之间有一个宽峰，表明合成的
E  E  0.059pH 0.244 （1） 三元过渡金属硼化物 Fe-Co-B 和四元过渡金属硼化
RHE SCE
式中：E RHE 为可逆氢电极电势，V；E SCE 为饱和甘 物 Ni-Fe-Co-B 材料均为非晶态材料。以上表征证明
汞电极（参比电极）的电极电势，V。 了非晶态四元过渡金属硼化物 Ni-Fe-Co-B 的成功合
工作电极的制备：将 5 mg 催化剂分散于 500 μL 成，材料为纳米级的非晶态材料。纳米级的形态可
去离子水和 500 μL 无水乙醇混合的溶液中，再加入 提供大量的活性比表面积，非晶态材料表面具有大
30 μL Nafion117 溶液，超声 40 min，制得催化剂墨水。 量的缺陷位点，可以形成多个活性位点，有利于电
泡沫镍依次通过丙酮、3 mol/L 盐酸、去离子水 荷传输，从而促进其催化水分解性能的提升。
和乙醇清洗后， 60 ℃下充分干燥 10 min。将催化剂
墨水通过移液枪负载到处理好的 1 cm×1 cm 泡沫镍
2
上，负载量为 1 mg/cm ，60 ℃下充分干燥 10 min，
得到工作电极。
进行 OER 测试时，在 0~0.8 V vs. SCE 的电位下，
以 100 mV/s 的扫描速率活化 100 圈，然后在 5 mV/s
的扫描速率下进行线性扫描伏安曲线测试（LSV），
评估 OER 的催化性能。通过拟合 LSV 曲线得到 Tafel
斜率。Tafel 斜率计算公式如式（2）所示：
  lg j （2）
b
式中： 为过电位，mV；b 为 Tafel 斜率，mV/dec；
2
j 为电流密度，mA/cm 。
在非法拉第区间（−0.05~0.05 V vs. SCE），不同
扫描速率（20、40、60、80、100、120 mV/s）下测定
循环伏安（CV）曲线，计算得到双电层电容（C dl ）
2
和电化学活性表面积（ECSA，单位 m /g），计算公式
如式（3）和式（4）所示：
i  vC （3）
c dl
C
dl
ECSA  C  （4）
s m
2
式中：i c 为电流密度，mA/cm ；v 为扫描速率，mV/s；
2
C dl 为双电层电容，mF/cm ；C s 为电极表面的比电容，
2
在 1 mol/L 的 NaOH 溶液下，C s 值为 0.040 mF/cm ；
m 为负载量，mg。
2 结果与讨论

2.1 结构和形貌表征

图 2a、b 是 Ni-Fe-Co-B 的 SEM 图。由图 2a、b
图 2 Ni-Fe-Co-B 的 SEM 图（a、b）；Ni-Fe-Co-B 的 TEM
可以看出，催化剂 Ni-Fe-Co-B 属于纳米级材料，由
图（c、d）；Ni-Fe-Co-B 的 EDS 元素映射图像（e）
于合成过程发生剧烈反应，导致粒子发生团聚。图 2c、 Fig. 2 SEM images of Ni-Fe-Co-B (a, b); TEM images of
d 是 Ni-Fe-Co-B 的 TEM 图。由图 2c、d 可以看出， Ni-Fe-Co-B (c, d); EDS element mapping images of
Ni-Fe-Co-B (e)
Ni-Fe-Co-B 为球形颗粒，直径为 30~50 nm，在其最外
层有一层 3~4 nm 的无定形薄膜，可能是硼酸盐类与 对 Ni-Fe-Co-B 催化剂进行了 XPS 测试，进一
[9]
金属的结合物 。图 2e 为合成产物的 EDS 元素映射 步验证了催化材料的元素组成，并且对各个元素的
图像。由图 2e 可以看出，产物的元素组成为 Ni、 价态分布进行了分析，结果如图 3 所示。图 3b 为材
Fe、Co、B，元素分布均匀，证明催化剂的成功合 料的全谱分析图。图 3b 显示，材料中有 Ni、Fe、Co、
成。图 3a 为三元和四元过渡金属硼化物的 XRD 图。 B、C、O 6 种元素的拟合峰。图 3b 中，O 的拟合峰