基于钴酸镍的复合物的合成及其电催化甲醇的性能研究
发布时间：2020-07-26 20:23
【摘要】：当前能源问题已经成为一个亟待解决的问题。开发高效的能量转换和储存设备是非常有必要的。燃料电池就是这样一种高效的能量转换的设备,因为其可以直接将化学能转化为电能。而如何提高其阳极催化剂的催化效果,是目前研究的一个重点。本文通过合成以尖晶石双金属氧化物NiCo2O4为主体材料,采用不同的方法进行复合,并研究了将复合物作为阳极催化剂,测试其甲醇催化氧化时的活性。首先,采用微波水热的方法合成NiCo2O4,随后通过沉淀-还原的方法在NiCo2O4表面修饰具有良好分散性的Au纳米颗粒。SEM和TEM结果显示Au纳米颗粒的直径约为10 nm。并使用电化学方法研究了 Au/NiCo2O4复合物在甲醇催化氧化方面的性能。由于NiCo2O4纳米花状结构有利于扩散以及Au与NiCo2O4之间的协同作用,复合物在1 M KOH+0.5 M甲醇的溶液中电流密度达到135.9 mA cm-2,在500次CV循环之后,其电流密度衰减为初始值的94%。前面的一部分工作取得了较好的结果,但是由于这一过程是在玻碳电极上,通过材料的修饰而完成的。因此,在此过程中不可避免的要使用到粘结剂;且电极材料和电极之间也有一定的界面电阻。这些都限制了材料的性能。为了改变这一情况,我们采用在泡沫镍表面直接生长材料的方法,得到了在泡沫镍表面生长的NiCo2O4。该材料在1 MKOH+0.5M甲醇溶液中的电流密度达到153.6 mAcm-2,显然,其性能相比之前的修饰了 Au/NiCo2O4的电极要好。此外,我们进一步在泡沫镍表面生长的NiCo2O4表面又生长了一层NiFe-层状双金属氢氧化物纳米片,构建了核壳结构的复合物催化剂。其中作为核的NiCo2O4提供了电子通过的路径,而外部的壳层不仅仅是增大了比表面积,也增加了反应的活性位点,同时纳米片相互连通也提高了材料的稳定性。因此,复合物在1 M KOH+0.5 M甲醇的溶液中电流密度高达228.4 mA cm-2。通过以上实验说明,合理构建催化剂结构,不仅可以提高催化剂的性能,增加了稳定性,也降低了催化剂的成本,从而使直接甲醇燃料电池的商品化更进一步。
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1
【图文】：
ＲＥ）和对电极（Ｃｏｕｎｔｅｒ邋Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ＣＥ）组成，在工作电极和对电极之间形成电流，逡逑此即通过电极的电流；参比电极与工作电极之间无电流通过，其主要起的作用是提供逡逑参比电势。其示意图如图２．１所示。本文中所有的测试都是在三电极体系中完成的。逡逑＾￣电化学工作站逡逑对电极—Ｉ邋＼逦｜逦：—工作电极逡逑参比电极＜逡逑电解液逡逑图２．１二电极体系不意图逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｈｒｅｅ－ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑工作电极是发生电化学反应的地方，是所有电化学测试中的核心区域，故此，对逡逑工作电极有其特殊的要求，主要有以下几点：首先，工作电极本身应当是惰性的，一逡逑般不与溶剂或者溶质发生反应；其次，工作电极在一定的电势范围内保持稳定，不会逡逑发生较大的改变；最后，工作电极表面应当是易于清洁，均一平滑的。在测试开始之逡逑前，要对工作电极做适当的处理，以减少在测试过程中的副反应的发生。逡逑１５逡逑
图３．２邋１＼丨（：0２０４和Ａｕ／ＮｉＣｏ２０４的ＸＲＤ图
ｖｅｒｓｕｓ邋ｓｃａｎ邋ｒａｔｅｓ邋ｏｆ邋Ａｕ／ＮｉＣ0２0４邋ａｎｄ邋ＩＳｉＣ0２0４邋ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ．逡逑为了表征Ａｕ／ＮｉＣｏ２0４和ＮｉＣｏ２0４在甲醇电催化氧化过程中的特征，首先用ＣＶ逡逑进行测试。图３．５邋（ａ）和（ｂ）分别表示Ａｕ／ＮｉＣ0２0４和ＮｉＣ0２0４在１邋Ｍ邋ＫＯＨ中不同扫描逡逑速率下的ＣＶ曲线，扫描速率分别为１０，邋２０，邋３０，邋４０，邋５０，邋６０，邋７０，邋８０，邋９０，邋１００ｍＶ＿ｓＨ。逡逑从图中可以看出，Ａｕ／ＮｉＣｏ２0４和ＮｉＣ0２0４均有一对明显的氧化还原峰，这氧化还原逡逑峰的主要来源是Ｃｏ２＋／Ｃｏ３＋和Ｎｉ３＋／Ｎｉ２＋的相互转换而造成的电荷转移。这些氧化还原逡逑电对可以作为甲醇电催化氧化的活性中心。在碱性条件下的这个氧化还原反应可用下逡逑式表不（Ｃｈｅｎ邋Ｇ．邋ｅ／ｏ／．邋２０１６，邋Ｋｏ邋Ｔ－Ｈ邋２０１７，邋Ｕｍｅｓｈｂａｂｕ邋Ｅ，Ｒａｎｇａ邋Ｒａｏ邋Ｇ邋２０１６）：逡逑ＮｉＣｏ２0４邋＋邋0Ｈ￣邋＋邋Ｈ２0邋？邋ＮｉＯＯＨ邋＋邋２Ｃ0ＯＯＨ邋＋邋２ｅ￣逦（３．１）逡逑ＣｏＯＯＨ邋＋邋０Ｈ￣邋？邋Ｃｏ０２邋＋邋Ｈ２０邋＋邋ｅ￣逦（３．２）逡逑此外，从图中可知，还可以发现，电流密度随着扫描速率的增加而增加。为了探逡逑宄这二者之间更为具体的关系，将氧化峰、还原峰电流作为纵坐标点，以相应的扫描逡逑速率为横坐标点，从而以散点图的形式呈现，并对图中散点线性拟合，就得到了图３．５逡逑（ｃ）和（ｄ）。图３．５邋（ｃ）中阳极和阴极过程线性相关系数Ｒ２分别为０．９９５９和０．９９８７，逡逑而图３．５邋（ｄ）中Ａｕ／ＮｉＣ0２0４的Ｒ２分别为０．９９５１和０．９９７０。由此可知
本文编号：2771243
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1
【图文】：
ＲＥ）和对电极（Ｃｏｕｎｔｅｒ邋Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ＣＥ）组成，在工作电极和对电极之间形成电流，逡逑此即通过电极的电流；参比电极与工作电极之间无电流通过，其主要起的作用是提供逡逑参比电势。其示意图如图２．１所示。本文中所有的测试都是在三电极体系中完成的。逡逑＾￣电化学工作站逡逑对电极—Ｉ邋＼逦｜逦：—工作电极逡逑参比电极＜逡逑电解液逡逑图２．１二电极体系不意图逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｈｒｅｅ－ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑工作电极是发生电化学反应的地方，是所有电化学测试中的核心区域，故此，对逡逑工作电极有其特殊的要求，主要有以下几点：首先，工作电极本身应当是惰性的，一逡逑般不与溶剂或者溶质发生反应；其次，工作电极在一定的电势范围内保持稳定，不会逡逑发生较大的改变；最后，工作电极表面应当是易于清洁，均一平滑的。在测试开始之逡逑前，要对工作电极做适当的处理，以减少在测试过程中的副反应的发生。逡逑１５逡逑
图３．２邋１＼丨（：0２０４和Ａｕ／ＮｉＣｏ２０４的ＸＲＤ图
ｖｅｒｓｕｓ邋ｓｃａｎ邋ｒａｔｅｓ邋ｏｆ邋Ａｕ／ＮｉＣ0２0４邋ａｎｄ邋ＩＳｉＣ0２0４邋ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ．逡逑为了表征Ａｕ／ＮｉＣｏ２0４和ＮｉＣｏ２0４在甲醇电催化氧化过程中的特征，首先用ＣＶ逡逑进行测试。图３．５邋（ａ）和（ｂ）分别表示Ａｕ／ＮｉＣ0２0４和ＮｉＣ0２0４在１邋Ｍ邋ＫＯＨ中不同扫描逡逑速率下的ＣＶ曲线，扫描速率分别为１０，邋２０，邋３０，邋４０，邋５０，邋６０，邋７０，邋８０，邋９０，邋１００ｍＶ＿ｓＨ。逡逑从图中可以看出，Ａｕ／ＮｉＣｏ２0４和ＮｉＣ0２0４均有一对明显的氧化还原峰，这氧化还原逡逑峰的主要来源是Ｃｏ２＋／Ｃｏ３＋和Ｎｉ３＋／Ｎｉ２＋的相互转换而造成的电荷转移。这些氧化还原逡逑电对可以作为甲醇电催化氧化的活性中心。在碱性条件下的这个氧化还原反应可用下逡逑式表不（Ｃｈｅｎ邋Ｇ．邋ｅ／ｏ／．邋２０１６，邋Ｋｏ邋Ｔ－Ｈ邋２０１７，邋Ｕｍｅｓｈｂａｂｕ邋Ｅ，Ｒａｎｇａ邋Ｒａｏ邋Ｇ邋２０１６）：逡逑ＮｉＣｏ２0４邋＋邋0Ｈ￣邋＋邋Ｈ２0邋？邋ＮｉＯＯＨ邋＋邋２Ｃ0ＯＯＨ邋＋邋２ｅ￣逦（３．１）逡逑ＣｏＯＯＨ邋＋邋０Ｈ￣邋？邋Ｃｏ０２邋＋邋Ｈ２０邋＋邋ｅ￣逦（３．２）逡逑此外，从图中可知，还可以发现，电流密度随着扫描速率的增加而增加。为了探逡逑宄这二者之间更为具体的关系，将氧化峰、还原峰电流作为纵坐标点，以相应的扫描逡逑速率为横坐标点，从而以散点图的形式呈现，并对图中散点线性拟合，就得到了图３．５逡逑（ｃ）和（ｄ）。图３．５邋（ｃ）中阳极和阴极过程线性相关系数Ｒ２分别为０．９９５９和０．９９８７，逡逑而图３．５邋（ｄ）中Ａｕ／ＮｉＣ0２0４的Ｒ２分别为０．９９５１和０．９９７０。由此可知
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 Lei Zhou;Mingfei Shao;Min Wei;Xue Duan;;Advances in efficient electrocatalysts based on layered double hydroxides and their derivatives[J];Journal of Energy Chemistry;2017年06期
2 Xin Long Tian;Lijuan Wang;Peilin Deng;Yu Chen;Bao Yu Xia;;Research advances in unsupported Pt-based catalysts for electrochemical methanol oxidation[J];Journal of Energy Chemistry;2017年06期
3 陈志范;赵宏滨;张久俊;徐甲强;;铱镍纳米颗粒修饰的花状钴酸镍:其可控合成以及对于氧析出反应的电化学活性增强(英文)[J];Science China Materials;2017年02期
本文编号：2771243
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2771243.html
