钴掺杂氧化铈纳米粒子电催化性能研究

摘要

氧化铈的电子导电性较低、氧空位数量少,难以单独用作为电催化剂.但是掺杂过渡金属或非金属元素可以提高氧化铈的CO催化能力,同时在氧化物中掺杂钴可有效提高材料的电催化能力,因此本工作开展了对钴掺杂的氧化铈电催化性能的研究.采用均相沉淀法制备了钴掺杂的氧化铈纳米粒子,电化学测试发现当钴掺杂比例为20mol％时,氧化铈纳米粒子对氧气还原反应(ORR)和氧气析出反应(OER)的综合催化能力最强.经过10 h的长时间催化作用,ORR、OER过程中的电流密度分别下降了20％、5％左右,远优于贵金属和未掺杂氧化铈纳米粒子催化剂,显示出良好的催化稳定性.拉曼光谱、阻抗图及XPS谱图等的测试分析表明钴掺杂后材料的电荷转移阻抗降低(电子导电性的提高)、氧活性物种和氧空位增加是氧化铈催化性能提高的主要原因.本工作通过钴掺杂大幅度提高了氧化铈的电催化性能,同时为其它离子导体作为双功能电催化剂的使用提供了借鉴.