钴基双金属异质结构的制备
及其电化学水分解性能研究
摘要：本文通过参考多篇相关文献，对关于钴基双金属异质结构的研究和制备进行了综述，基本概括了近年来国内外关于钴基双金属异质结构的研究现状。电化学水分解产生氢气，被广泛认为是可以将可再生能源转化为更密集的储能模式。然而由于缓慢的动力学影响，转化效率受电催化OER过程的限制。高活性和高稳定性的电催化剂是制备高效能源的关键。基于氧化钴良好的物理化学性质并通过掺杂过渡金属元素,制备性能优良的钴基双金属氧化物,不仅可以减少钴的用量，节约成本，还可以提高电极材料的电化学性能。
关键词：钴基双金属；异质结构；电化学水分解性能
一、文献综述
1.选题背景
能源是保障社会发展的重要基础。当今社会所面临的化石燃料迅速枯竭和环境污染等诸多问题引发了对能源问题的持续关注和研究。寻找更高效且可再生的能源获取渠道，从而减少对碳基化石燃料的依赖，正逐渐成为能源领域里的共识。氢能因其高能量密度和环境友好等优点，被认为是碳基化石燃料最有潜力的替代品之一［1］。随着世界经济的发展及人口数量的不断上涨，传统石化类能源资源经过上百年的开采已面临枯竭。因此，亟需开发高效能、低成本、可再生、环境友好的新能源资源。
电催化水分解生成氢气和氧气被证明是一种很有前途的方法以及可再生能源生产的途径。电解水反应包含两个半电池反应，即阴极析氢反应（hydrogen evolution reaction，HER）和阳极析氧反应（oxygen evolution reaction，OER）。 其中，OER 是一个复杂的四电子过程，其动力学缓慢，是电解水反应的决速步骤［2］。OER是四电子-质子耦合反应过程 (4 OH– harr; 2 H2O O2 4e–)，作为电解水的半反应其一，析氧反应（OER）受它缓慢的动力学因素影响，没有析氢反应（HER）那样发展迅速。贵金属电催化剂虽然OER动力学较快，但是受价格昂贵、物资稀缺的限制；非贵金属电催化剂如钴基电催化剂因为其活性表面不足和电荷转移受限而OER动力学缓慢。一般来说，提高催化位点附近的电子输运效率和位点上的OER中间体吸附自由能是制备高活性OER催化剂的关键。而通过设计优化催化剂结构的表面电子结构，进而对催化剂表面电子态进行调控，是有效实现以上两点的手段之一。
目前，贵金属及其合金如Pt和RuO2/IrO2仍具有很好的电催化析氢反应（HER）和析氧反应（OER）性能，它们分别具有极低的过电位和较高的交换电流密度。但是，贵金属的成本过高、含量低和耐久性差，仍然是制约其大规模实际应用的一大障碍。因此用资源丰富和电催化活性的替代物替代贵金属是一种非常理想的选择，而且稳定非贵金属基催化剂的研究进展卓有成效，具有实际应用前景。理论和实验表明，钼基碳化物、硫化物、氧化物，包括MoS2、Mo2C和MoP都在HER方面很有前景。富含过渡金属的硫化物、氧化物和层状双氢氧化物（LDH），如Co3S4、Co3O4和CoNi-LDH表现出高效的OER电催化性能[2]。
