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毕业论文课题相关文献综述
1. 引言
当今世界，能源问题关乎世界发展的命脉。随着化石能源的过度使用，以及由此造成的诸如温室效应等环境问题日益严峻，人类迫切需要更加清洁的能源。目前，太阳能、风能、潮汐能等新能源在世界范围内受到青睐，并已在部分大型发电站得到试点应用，但由于其间歇性发电的特性，这些电站需要消耗更多的常规能源来正常运行，因而是不经济的[1]。利用这些能源发电来电解水得到氢气和氧气可以实现大规模的能量储存[2]。氢气本身是一种经济的能源载体，同时可以通过和二氧化碳(温室气体的主要组成)催化加氢得到液态燃料[3]。燃烧氢气产能(或应用氢燃料电池)得到的产物水对环境没有危害，又可以回收并再次电解得到氢气[4]。因此，以氢能源为主导的氢经济(the hydrogen economy)备受能源领域人士的关注。
水的电解涉及到两个半反应，分别为发生在阴极的析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction，HER)和发生在阳极的析氧反应(Oxygen Evolution Reaction，OER)。目前，电解水技术主要受到阳极OER反应的动力学限制，因此需要在阳极中添加高效的催化剂使OER更快进行[5]。传统的OER催化剂主要为含Ir和Ru的贵金属催化剂[6]，但由于这两种贵金属价格高昂且储量有限，因此开发价格低廉且催化性能优异的催化剂取代贵金属催化剂是当下的研究热点。
钙钛矿材料是一种结构和理化性质可调的非贵金属材料，并且具有和贵金属催化剂IrO2和RuO2相当的本征催化活性[6]，因而近年来在OER催化研究中得到了广泛关注[7-12]。Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)是一种在透氧膜和固体氧化物燃料电池阴极材料得到广泛应用的钙钛矿氧化物[13, 14]。麻省理工学院的Shao-Horn等人通过分子轨道理论研究发现，BSCF中的活性原子Co具有t2g5eg~1.2的3d电子排布，并显示出了比IrO2高出一个数量级的本征活性[7]。后续研究表明，BSCF在长时间的OER工作条件下，晶体结构会变成无定形态，因而不够稳定[15]。钙钛矿氧化物通常可以由多种合成方法得到，以BSCF的合成为例，常见的有溶胶凝胶法[14]、固相法[16]。目前，文献中还没有关于不同方法合成的BSCF在碱性介质中催化OER反应的性能对比，因此，研究多种方法合成的BSCF的OER活性和稳定性对开发更高活性和更强稳定性的OER催化材料具有指导意义。
2. 水的电解及析氧反应的原理
2.1 水的电解
简单而言，水的电解是指水被直流电电解生成氢气和氧气的过程。这一过程主要由HER和OER这两个半反应组成，其在酸性((1)和(3)式)和碱性((2)和(4)式)介质下的反应式分别如下所示：
阴极反应(HER)：
酸性介质 (1)
碱性介质 (2)
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