Page 86 - 《精细化工》2022年第11期
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·2236·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 39 卷

            用于全解水系统，可以简化电极制备工艺、降低生                             1.2    制备方法
            产成本。许多催化剂在不同电解质条件下兼具优异                             1.2.1  CoSe 2 @NF 的制备
                                [6]
            的 HER 和 OER 性能 。研究者也采用多种策略改                            将镍网裁剪为 1 cm × 4  cm 的长方形，依次用
            进催化剂的性能，诸如界面工程、杂原子掺杂、缺                             3.0 mol/L 盐酸、无水乙醇、去离子水各超声清洗
            陷构筑等。最近，钴基催化剂引起了人们的极大关                             0.5 h，60  ℃下干燥 6 h，记作 NF。
            注，研究表明，钴基氧化物及氢氧化物在碱性条件                                 Co(OH)F@NF 的制备：将 0.436 g（1.5 mmol）
            下具有较好的 OER 性能          [7-8] ；钴基磷化物和氮化物            Co(NO 3 ) 2 •6H 2 O、0.240 g（4.0 mmol）CO(NH 2 ) 2 、
            在酸性条件下具有良好的 HER 性能               [9-10] 。因此，在      0.111 g（3.0 mmol）NH 4 F 溶于 75 mL 去离子水中，
            相同的电解质中开发价格低廉的双功能钴基催化剂                             磁力搅拌 0.5 h 形成均匀溶液，将溶液和 1  片 NF
            具有重大意义       [11-12] 。金属硒化物是一类重要的过渡                一起转入带有 100 mL 聚四氟乙烯内衬的不锈钢高
            金属硫属化合物，ZHOU 等           [13] 在碳纸（CP）上生长           压釜中，140  ℃反应 8 h。反应结束后，待其自然冷
            层间膨胀的 CoSe 2 @CP 电极，其在酸性介质中具有                      却至室温，取出样品，用去离子水和无水乙醇交替
            良好的电催化性能；KONG 等            [14] 通过分解和硒化碳           清洗 5 次，最后在 60  ℃下干燥 6 h，得到粉色前驱
            纤维（CF）电极上的金属有机骨架材料 ZIF-67，制                        体 Co(OH)F@NF，其负载量〔指的是 Co(OH)F 在表
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            备了具有双功能特性的 CoSe 2 纳米粒子；WAN 等                [15]   面积为 1 cm 的 NF 上负载的质量〕为 0.5 mg/cm 。
            通过气相硒化碳布（CC）上的前驱体 α-Co(OH) 2 来                     将分别装有 1 片 Co(OH)F@NF 和 0.5 g 硒粉的两个
            构建多孔 p-CoSe 2 /CC 纳米片，该催化剂具有大的活                    瓷舟依次放入管式炉中，在 N 2 持续保护下升温到
            性比表面积、快速的气体扩散特性，在碱性电解液                             400  ℃（升温速率 2  ℃/min）焙烧 2 h，冷却至室温，
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            中可用作 OER 和 HER 的高效双功能电催化剂。但                        得到 CoSe 2 @NF，CoSe 2 负载量 0.4 mg/cm 。具体制
            上述研究均以柔性碳材料作为基体，该基底价格高                             备流程示意图如图 1 所示。
            且与催化剂的相容性差，因此，不具备大规模应用
            的成本效益。泡沫镍是一种低成本的分层结构金属
            载体，具有高的导电性和大的比表面积，且与催化
            剂的集成性好。
                 受上述研究的启发，本工作拟以 Co(NO 3) 2•6H 2O、
            尿素〔CO(NH 2 ) 2 〕、NH 4 F 和硒粉为原料，通过水

            热和高温固相法在镍网（ NF ）上原位构筑                                      图 1  CoSe 2 @NF 的制备流程示意图
            CoSe 2 @NF，对其进行物相分析和形貌表征，并将                         Fig. 1    Flow chart of preparation process of CoSe 2 @NF
            其作为双功能催化剂用于全解水，探究其 HER 和
                                                               1.2.2  IrO 2 @NF 和 Pt/C@NF 的制备
            OER 以及全解水性能，以期为降低全解水的工艺成
                                                                   IrO 2 @NF 和 Pt/C@NF 按卫学玲等      [16] 报道的方
            本和提高全解水效率提供实验支撑。
                                                               法进行制备。
            1   实验部分                                           1.3   物相表征和电化学性能测试
                                                               1.3.1   物相表征
            1.1   试剂与仪器                                            采用 XRD 对催化剂进行组成表征，测试条件
                 Co(NO 3 ) 2 •6H 2 O、CO(NH 2 ) 2 、NH 4 F、无水乙醇、  为：Cu 靶材 K α 射线（λ＝0.15406 nm），电压 40 kV，
            浓盐酸（质量分数为 37%）、KOH、硒粉、IrO 2 ，AR，                   电流 40 mA ，扫描范围 2θ=10°~80° ，扫描速度
            国药集团化学试剂有限公司；20% Pt/C（Pt 质量分                       10 (°)/min。利用 XPS 进行化学成分和电子结构表征。
            数为 18.2%~20.2%）、全氟化树脂（Nafion）溶液（质                  利用 SEM 在 15 kV 电压下进行形貌表征。利用 TEM
            量分数为 5%），AR，美国 Sigma-Aldrich 公司；镍                  在 200 kV 电压下进行微观晶体结构和能谱分析。
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            网（丝径 1 mm，体积密度 0.45 g/cm ），苏州中迪                    1.3.2   电化学性能测试
            泰金属材料有限公司，实验中用水均为去离子水。                                 利用三电极体系电化学工作站进行电化学测
                 CHI660E 电化学工作站，上海辰华仪器有限公                      试。其中，对电极为碳棒，参比电极为 Hg/HgO，
            司；D8 Advance 型 X 射线粉末衍射仪，德国 Bruker                 工作电 极分 别为制 备 的 NF 、 Co(OH)F@NF 、
            公司；Thermo Scientific EscaLab 250Xi X 射线光电          CoSe 2 @NF 、 IrO 2 @NF 和 Pt/C@NF ，电解质为
            子能谱仪（XPS），美国赛默飞世尔公司；JSM-7610F                      1 mol/L KOH 水溶液。利用可逆氢电极（RHE）对
            热场发射扫描电子显微镜、JEM 2100 F 透射电子显                       所有测试得到的 Hg/HgO 电位进行校准              [16] 。线性扫
            微镜，日本电子株式会社。                                       描伏安（LSV）测试：OER 和 HER 测试电位区间
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