分層結構的CuO納米陣列的合成及其作為高效電催化劑用于氧析出反應

王 贏

（浙江省碳材料技術研究重點實驗室，溫州大學化學與材料工程學院，浙江 溫州 325027）

氫能由于其燃燒產物是水和高熱值，被廣泛認為是替代化石燃料最有前途的能源載體之一。電化學水分解是制備氫氣最有效的方法之一，可以分為氫析出反應和氧析出反應兩個半反應。由于氧析出反應為四電子轉移反應，具有更為緩慢的動力學，因此迫切需要開發析氧電催化劑，以加速氧氣析出[1-2]。

目前，最好的析氧電催化劑為貴金屬Ir基和Ru基電催化劑，然而它們的低豐度和高成本限制了其廣泛應用[3]。最近，第一排的過渡金屬氧化物和氫氧化物由于成本低、豐度高以及優異的催化性能，成為替代貴金屬基電催化劑的候選者[4-8]，其中，已有銅基氧化物及氫氧化物用于電催化水氧化[9-16]。然而，銅基催化劑目前面臨兩個主要挑戰。首先，銅基粉末催化劑必須使用粘合劑，通過滴涂法固定在電極表面，這種方法通常會阻止催化劑的活性部位與電解質之間的相互作用，并增加界面阻力，導致催化活性降低[17-20]。在導電基底上直接制備自支撐CuO納米陣列，則可以解決這一問題。其次，由于銅基水氧化電催化劑固有的低電導率和有限的活性位，其性能仍不及基準貴金屬氧化物和一些最新的水氧化電催化劑。已有研究成果證明，具有二維納米片結構的水氧化電催化劑不僅能提供更多暴露的催化活性位點，而且有利于電解過程中的界面電荷轉移[21-23]。此外，分層的基于銅的水氧化電催化劑的制備，將進一步提供更多的開放空間，這有利于電解質的滲透和離子的擴散，從而提高電催化活性[24-26]。……