钒酸钴纳米片的析氧性能研究

摘要

析氧反应(OER)是电解水制氢过程中的决速步,因此构建高效、低成本的非贵金属基OER电催化剂是实现氢能源高效制取的关键。通过两步水热法将Co元素引入到V_(2)O_(5)中,从而制备出了钒酸钴(Co_(3)V_(2)O_(8))纳米片结构,Co元素的引入使纳米片暴露更多的活性位点,并提高导电性加快了电荷传输,因而可提高其OER性能。形貌和成分表征结果显示所制备的催化剂为正交晶系的Co_(3)V_(2)O_(8)纳米片结构。对该催化剂进行系统的OER性能研究,结果表明,Co_(3)V_(2)O_(8)催化剂产生10 mA·cm^(-2)的析氧电流密度需要364 mV的过电位,产生100 mA·cm^(-2)的析氧电流需要过电位仅为540 mV,对应的Tafel斜率为62 mV·dec^(-1),此外,在经历1000次循环测试后,该催化剂极化曲线不发生明显变化,即仍能保持较好的性能,证实了该催化剂优异的稳定性。对经过循环测试之后的样品进行形貌和成分表征,结果表明催化剂纳米片形貌能较好保持,但是结晶度降低。理论计算结果表明,将Co元素引入到V_(2)O_(5)中可提高费米能级处的电子态密度,从而增强其OER性能。