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			山東化學(xué)化工學(xué)會(huì)
		
    
		
     
        
    
		

		

      
      
         

    
        
        
        
        
    
        
    
        
        
        
        
    
            
    鐵氧化物嵌入到TiO2納米線
    
            
    
                瀏覽次數(shù)： 342
                  發(fā)布時(shí)間：2018-01-03 09:05:12                  發(fā)布人：editor
    
            
    
                 
     　　在堿性條件下，基于儲(chǔ)量豐富的鐵、鈷、鎳基催化劑可有效、穩(wěn)定的催化OER。然而，上述催化劑在酸性條件下穩(wěn)定性差并迅速被腐蝕。貴金屬氧化物催化劑(如RuO2和IrO2)兼具活性和良好的穩(wěn)定性，能在酸性條件下進(jìn)行催化，但其高成本和儲(chǔ)量短缺阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用。因此，亟待發(fā)現(xiàn)能夠在酸性電解質(zhì)中穩(wěn)定地作為全分解水OER電催化劑的金屬基材料。具有層狀結(jié)構(gòu)的鈦酸鹽(如K2Ti4O9)已廣泛應(yīng)用于離子插層和電池，易于與過渡金屬離子(如Co2+、Ni2+和Fe3+)發(fā)生離子交換反應(yīng)。將鐵、鈷、鎳基催化劑與鈦酸鹽進(jìn)行整合或?qū)⑵鸬揭庀氩坏降男Ч?/p>

     
    

    　　【成果簡(jiǎn)介】
    

     
    

    　　近日，山東大學(xué)劉宏教授、桑元華副教授、華南理工大學(xué)周偉家副教授(共同通訊作者)等通過離子交換和煅燒過程將少量的鐵氧化物嵌入到TiO2納米線(Fe-TiOx LNWs/Ti)，并在Nano Energy上發(fā)表了題為“Iron Oxide Embedded Titania Nanowires - an Active and Stable Electrocatalyst for Oxygen Evolution in Acidic Media”的研究論文。所得Fe-TiOx LNWs/Ti穩(wěn)定性得到極大提升，且在酸性電解質(zhì)能夠保持較高的活性(1 mA·cm-2下起始電位為1.49 V)。這項(xiàng)研究為制備在酸性電解質(zhì)中穩(wěn)定和高效的非貴金屬OER 電催化劑提供了一條簡(jiǎn)單可行的路線。
    

     
    

    　　【圖文簡(jiǎn)介】
    

     
    

    　　圖1 Fe-TiOx LNWs/Ti制備過程示意圖
    

     
    

    

     
    

     
    

    　　Fe-TiOx LNWs/Ti制備過程示意圖。
    

     
    

    　　圖2 催化劑的形貌和晶體結(jié)構(gòu)
    

     
    

    

     
    

     
    

    　　a) K2Ti4O9/Ti的SEM圖像;
    

     
    

    　　b) FexTi4O9/Ti的SEM圖像;
    

     
    

    　　c,d) Fe-TiOx LNWs/Ti的SEM圖像;
    

     
    

    　　e,f) K2Ti4O9/Ti (I)、FexTi4O9/Ti (II)和Fe-TiOx LNWs/Ti (III)的廣角/小角XRD圖譜。
    

     
    

    　　圖3 催化劑的元素價(jià)態(tài)分析
    

     
    

    

     
    

     
    

    　　a) K2Ti4O9/Ti (I)、FexTi4O9/Ti (II)和Fe-TiOx LNWs/Ti (III)的XPS總譜;
    

     
    

    　　b) K2Ti4O9/Ti (I)、FexTi4O9/Ti (II)和Fe-TiOx LNWs/Ti (III)的Ti 2p XPS譜圖;
    

     
    

    　　c) K2Ti4O9/Ti (I)、FexTi4O9/Ti (II)和Fe-TiOx LNWs/Ti (III)的 Fe 2p XPS譜圖。
    

     
    

    　　d) K2Ti4O9/Ti (I)、FexTi4O9/Ti (II)和Fe-TiOx LNWs/Ti (III)的K 2p XPS譜圖。
    

     
    

    　　圖4 催化劑的晶格條紋和元素分析
    

     
    

    

     
    

     
    

    　　a,b) K2Ti4O9的(HR)TEM圖像;
    

     
    

    　　c,d) FexTi4O9的(HR)TEM圖像;
    

     
    

    　　e,f) Fe-TiOx LNWs的(HR)TEM圖像;
    

     
    

    　　g) Fe-TiOx LNWs的EDS元素分布。
    

     
    

    　　圖5 催化劑的電催化性能
    

     
    

    

     
    

     
    

    　　a) 0.5 M H2SO4中，掃速5 mV·s-1，K2Ti4O9/Ti、Fe2O3/Ti、Fe2O3/TiO2 NWs/Ti、Fe-TiOx LNWs/Ti和RuO2的極化曲線;
    

     
    

    　　b) K2Ti4O9/Ti、Fe2O3/Ti、Fe2O3/TiO2 NWs/Ti和Fe-TiOx LNWs/Ti的電容性電流曲線;
    

     
    

    　　c) 酸性電解質(zhì)中代表性的OER 催化劑的性能總結(jié);
    

     
    

    　　d) 相應(yīng)的塔菲爾斜率;
    

     
    

    　　e) 300 mV過電勢(shì)下K2Ti4O9/Ti、Fe2O3/Ti、Fe2O3/TiO2 NWs/Ti和Fe-TiOx LNWs/Ti 的交流阻抗曲線;
    

     
    

    　　f) 不同過電勢(shì)下Fe-TiOx LNWs/Ti的交流阻抗曲線。
    

     
    

    　　圖6 催化劑的穩(wěn)定性測(cè)試
    

     
    

    

     
    

     
    

    　　a) Fe2O3/Ti, Fe2O3/TiO2 NWs/Ti, Fe-TiOx LNWs/Ti的長(zhǎng)期穩(wěn)定性;
    

     
    

    　　b,c) 催化劑穩(wěn)定性測(cè)試前后的Fe 2p XPS光譜;
    

     
    

    　　d,g) 穩(wěn)定性測(cè)試前后Fe-TiOx LNWs/Ti的SEM圖像;
    

     
    

    　　e,h) 穩(wěn)定性測(cè)試前后Fe2O3/TiO2 NWs/Ti的SEM圖像;
    

     
    

    　　f,i) 穩(wěn)定性測(cè)試前后Fe2O3/Ti的SEM圖像。