Pd/LaNiO_3复合薄膜电极材料在碱性溶液中的电化学行为研究

【摘要】AB03钙钛矿型氧化物因具有低成本和高容量而存在巨大的潜在应用价值。但是这类氧化物的电化学反应动力学性能较差,目前对AB03氧化物作为储氢材料的研究仍然处于起步阶段,对ABO3氧化物储氢和电化学反应的研究仍存在许多关键而尚未解决的问题：在碱性水溶液中的储氢及电化学反应机理不明确,电化学催化活性较差,电化学容量贡献不明。金属Pd不仅在水溶液电解质中对氢的电化学析出具有优良的电催化活性,同时也具有良好的吸放氢性能。薄膜具有电极比表面积大、电极几何尺寸和电极结构可控同时具有薄膜表面改性便易等特点。因此为了提高ABO3氧化物材料的动力学性能并深入理解其电化学储氢行为,本文通过制作氧化物薄膜电极和对氧化物表面镀Pd改性以研究AB03氧化物在碱性水溶液中的电化学行为,提高其电催化活性。本文采用射频磁控溅射装置分别在Si(111)和Ni衬底上制备金属Pd膜、LaNiO3薄膜、以及Pd/LaNiO3复合薄膜,制备出结构、形貌、电阻率可控的LaNiO3薄膜,之后在LaNiO3薄膜表面镀Pd制成Pd/LaNiO3复合薄膜,改善LaNiO3薄膜电极在碱性水溶液中的电化学活性。利用XRD、SEM、EDS能谱、四元探针和电化学方法系统研究了退火处理和表面覆Pd对Pd/LaNiO3复合薄膜电极的相组织结构、表面形貌、电阻率以及电化学储氢行为的影响。结果表明,700℃退火1h后,LaNiO3薄膜具有结晶度较佳的钙钛矿型菱方结构组织和最小的电阻率(0.79mΩ·cm),退火温度高于800℃后,LaNiO3菱方型结构组织开始分解,电阻率增加。LaNiO3薄膜在空气中退火后氧元素含量明显增加。通过测试Pd膜电极、LaNiO3薄膜电极和Pd/LaNiO3复合薄膜电极在碱性水溶液中的充放电曲线、循环容量曲线以及线性极化曲线,研究了退火处理以及镀Pd对LaNiO3薄膜电极的电化学行为影响以及单Pd膜的电化学性能。结果表明,单层Pd膜电极在碱性溶液中有一定的电化学储氢容量(100-130mAh/g)。退火态LaNiO3薄膜电极的电化学容量很低,没有放电平台。而退火态Pd/LaNiO3复合薄膜电极出现较宽的放电平台,具有200mAh/g的电化学容量,扣除Pd膜电极的电化学容量后,常温下氧化物LaNiO3电极的容量最高可到401.8mAh/g,充放电平台分别为-0.85V和-O.81V。退火态LaNiO3薄膜电极和退火态Pd/LaNiO3复合薄膜电极的交换电流密度分别为I0=3.17mA/g和I0=654.7mA/g。镀Pd能极大改善和提高Pd/LaNiO3复合膜电极的电催化活性和电化学放电容量。
【作者】戴培华；
【导师】罗永春；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料学，2014，硕士
【关键词】钙钛矿结构；射频磁控溅射；LaNiO3薄膜；Pd；电化学性能；

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