鐵氧化物嵌入到TiO2納米線
瀏覽次數： 342 發布時間：2018-01-03 09:05:12 發布人：editor
在堿性條件下，基于儲量豐富的鐵、鈷、鎳基催化劑可有效、穩定的催化OER。然而，上述催化劑在酸性條件下穩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定性，能在酸性條件下進行催化，但其高成本和儲量短缺阻礙了其大規模應用。因此，亟待發現能夠在酸性電解質中穩定地作為全分解水OER電催化劑的金屬基材料。具有層狀結構的鈦酸鹽(如K2Ti4O9)已廣泛應用于離子插層和電池，易于與過渡金屬離子(如Co2+、Ni2+和Fe3+)發生離子交換反應。將鐵、鈷、鎳基催化劑與鈦酸鹽進行整合或將起到意想不到的效果。
【成果簡介】
近日，山東大學劉宏教授、桑元華副教授、華南理工大學周偉家副教授(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穩定性得到極大提升，且在酸性電解質能夠保持較高的活性(1 mA·cm-2下起始電位為1.49 V)。這項研究為制備在酸性電解質中穩定和高效的非貴金屬OER 電催化劑提供了一條簡單可行的路線。
【圖文簡介】
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構
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 催化劑的元素價態分析
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) 酸性電解質中代表性的OER 催化劑的性能總結;
d) 相應的塔菲爾斜率;
e) 300 mV過電勢下K2Ti4O9/Ti、Fe2O3/Ti、Fe2O3/TiO2 NWs/Ti和Fe-TiOx LNWs/Ti 的交流阻抗曲線;
f) 不同過電勢下Fe-TiOx LNWs/Ti的交流阻抗曲線。
圖6 催化劑的穩定性測試
a) Fe2O3/Ti, Fe2O3/TiO2 NWs/Ti, Fe-TiOx LNWs/Ti的長期穩定性;
b,c) 催化劑穩定性測試前后的Fe 2p XPS光譜;
d,g) 穩定性測試前后Fe-TiOx LNWs/Ti的SEM圖像;
e,h) 穩定性測試前后Fe2O3/TiO2 NWs/Ti的SEM圖像;
f,i) 穩定性測試前后Fe2O3/Ti的SEM圖像。