304不锈钢丝网和金属化合物的催化性能在电解水制氢中的影响

电解水制氢是解决能源短缺与环境污染的有效途径。虽然基于贵金属的Pt和Ir O2、Ru O2电催化剂具有出色的催化活性,但是价格昂贵和稀缺性限制了其大规模持续利用。因此,开发低成本且高效的电催化剂极为重要。近年来,过渡金属凭借其储量丰富、价格便宜的优势被广泛研究,某些过渡金属材料的催化性能甚至已经超越了贵金属催化剂,但它们通常需要结合添加剂涂覆到玻碳上,制备工艺复杂,在大电流密度下工作会容易脱落,进而对催化性能造成负面影响。基于此,本文采用价格便宜、稳定性优异的304型不锈钢丝网作为基底材料,重点研究了不锈钢网对几种过渡金属化合物的催化活性影响。

（1）通过调控水热反应时长,具有不同纳米结构的CoO-CoP以水热法和氧化磷化处理成功生长在不锈钢丝网上。结果表明,水热时长为12h的不锈钢丝网/CoO-CoP样品具有多孔纳米线和纳米片复合结构（不锈钢丝网/CoO-CoP NWPs）,在10mAcm-2的电流密度下仅需要31mV的低过电位,接近于涂覆于不锈钢丝网上的商业铂碳电催化剂。多孔纳米结构提供了大量表面积和丰富的活性位点,不锈钢丝网与CoO、CoP具有强烈的电子相互作用进而协同提升其整体的催化活性。多孔不锈钢丝网/CoO-CoP NWPs在不锈钢丝网上的集成为实现低成本高效HER的自支撑电催化剂提供了应用可能。

（2）Ni0.58Al0.42合金通过简单的电沉积和后退火方法成功地生长在不锈钢丝网、NF、CC上,并直接用作高效OER电催化剂。以生长在不锈钢丝网上的Ni0.58Al0.42合金(不锈钢丝网/Ni0.58Al0.42)为例,不锈钢丝网不仅作为Ni0.58Al0.42生长的粘合剂和无添加剂的导电基底,还通过促进不锈钢丝网和Ni0.58Al0.42合金之间的电子相互作用作为协同性能贡献者。不锈钢丝网/Ni0.58Al0.42电催化剂在10 m A cm-2下表现出251 m V的过电位,优于其不锈钢丝网/Ni对应物和最近报道的大多数镍基合金电催化剂。更重要的是,Ni0.58Al0.42合金生长在NF和CC上同样显示出优异的OER性能。Ni Al基合金作为不含粘合剂和添加剂的电催化剂在各种导电基底上的集成为设计高效分水的自支撑金属合金创造了机会。

（3）进一步研究了多孔不锈钢丝网/CoO-CoP NWPs与不锈钢丝网/Ni0.58Al0.42合金的整体分解水性能,不锈钢丝网/CoO-CoP//不锈钢丝网/Ni0.58Al0.42整体分解水装置被组装,该装置在10m A cm-2的电流密度下具有1.55 V的分解水电位,优于不锈钢丝网/Pt-C//不锈钢丝网/Ir O2（1.57V）。不锈钢丝网/CoO-CoP//不锈钢丝网/Ni0.58Al0.42分解水装置的组装和设计为开发低成本且高效的分解水提供了可能。