電噴霧離子化技術制備FeNi(OH)x薄膜及電催化水氧化性能

楊小天, 耿智彬, 況思良, 馮守華

(吉林大學無機合成與制備化學國家重點實驗室, 長春 130021)

電催化水氧化反應(OER)是電池、 氫能等能源領域的重要反應[1,2], 由于該反應的動力學過程十分緩慢, 已成為阻礙很多新能源應用的瓶頸步驟[3～5]. 迄今, 活性最佳的OER催化劑是貴金屬釕和銥的氧化物. 然而, 這些貴金屬催化劑由于昂貴的價格和毒性而不能被大規模應用[6,7].

過渡金屬氫氧化物作為廉價而環保的催化劑, 已被廣泛用于OER反應[8,9]. 鐵鎳雙金屬氫氧化物擁有十分優良的OER活性, 且價格較低, 有希望成為貴金屬催化劑的高效替代品, 在電催化領域里備受關注[10～12]. 由于鐵在高溫下極易被氧化, 不宜采用傳統方法制備鐵鎳氫氧化物薄膜. 因此, 需要尋求一種高效簡單的方法來制備均勻的鐵鎳氫氧化物薄膜.

電噴霧離子化技術已被廣泛用于制備厚度均勻的薄膜[13,14], 電噴霧能夠將反應溶液霧化為微小的帶電液滴[15～17], 在帶電液滴飛行過程中, 溶劑不斷蒸發, 由于電荷數量不變, 導致溶液的密度逐漸增大, 排斥力極速上升, 從而發生庫倫爆炸[18,19], 溶液進一步破碎成更細小的帶電液滴, 進而沉積在加熱的氟摻雜錫氧化物(Fluorine-doped tin oxide, FTO)襯底上, 形成高純度納米級的薄膜材料[20]. 通過調節電壓、 襯底溫度和流速, 能夠控制薄膜的結晶度、 厚度等參數[13,21]. 我們[13,14]使用自主研發的電噴霧沉積系統, 實現了ZnFe2O4及F摻雜Fe2TiO5等高質量薄膜的制備. 該裝置具有精密的雙通道電噴霧離子化氣相直接反應系統……