钴酸镍纳米材料的制备及氧还原反应性能的研究

发布时间：2020-10-14 06:48

　　 氧还原反应是燃料电池和金属-空气电池的重要阴极反应。由于氧还原反应的电化学动力学缓慢,急需发展高效的催化剂来克服其过高的过电位和加快其氧还原反应的进行。尖晶石结构的钴酸镍具有电化学活性高、成本低、资源丰富等优点,受到人们的广泛关注。然而,钴酸镍电催化剂还存在许多缺点,如导电性差、稳定性低和活性位点不足等。研究表明生长在导电基底上的钴酸镍纳米材料,可以得到更好的导电性和更大的比表面积,此外,氧空位的引入可以调节材料的电子分布,从而起到优化电催化性能的作用。本研究通过水热法构造了富含氧空位的钴酸镍/空心碳球(NiCo_2O_4/HCS-V)复合结构。采用多种表征手段对其进行了一系列物相、晶体结构、化合价态的表征和分析,并对其进行了一系列的电化学性能测试。最后通过密度泛函理论计算揭示其氧空位提升钴酸镍氧还原反应动力学的理论机理,主要研究内容与结果如下:(1)借助静电作用,通过水热合成和后续热处理制备钴酸镍/空心碳球(NiCo_2O_4/HCS)复合结构的微米花。电化学性能测试结果表明,富含氧空位的NiCo_2O_4/HCS具有高的起峰电势(0.9 V),大的极限扩散电流(-5.8 mA cm~(-2))和高的循环稳定性(经40000 s后保持率为90%)。(2)密度泛函理论计算结果表明,空心碳球和氧空位提高了钴酸镍的费米能级附近的态密度和降低了功函数。空心碳球的加入促进了钴酸镍氧还原反应的氧吸附,氧空位的引入降低了钴酸镍氧还原反应的计算过电势,从而起到共同优化电催化性能的作用。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM911.4;TB383.1
【部分图文】：

个完整的回路。燃料电池在酸性应：22H 4H 4e+ → + 应:2 2O 4H 4e 2H O+ + + → 应：2 22H 4OH 4H O 4e + → + 应：2 2O 2H O 4e 4OH + + → 2 2 22H + O → 2H O

料催化性能中扮演着重要的角色，而 N 成键构型的原理图如氮和吡咯氮原子位于边缘或者缺陷位点；在非定域化的 π-体加电子的数量。在石墨烯结构中，当石墨化氮原子代替碳原相同的构型，但是它们在 π-体系中引入了额外的电子。杂碳的制备方法可以分为三大类。分别是（1）通过化学气相子到具有石墨化平面的炭支架上[28, 29]；（2）后热处理含氮物括石墨烯、碳纳米管和富勒烯[30, 31]；由于预先存在的石墨结而氮含量不足以制造更多的催化活性位点；（3）直接对均匀氮前驱体进行热处理，例如石墨化氮化碳[32]、三聚氰胺海绵4]，这种方法是最常用的，由于其灵活性和可控性。但是在高氮前驱体会导致活性氮物质的流失和相对差的传输特性。

反应中的应用以划分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和一步划分为杂质、异质原子掺杂、间表明，缺陷对电催化剂表面的电化学反论计算结果表明异质结构掺杂的碳材是由于异质原子的引入使碳材料的电，从而有效地削弱了 O-O 键的键能，极上的氧还原反应的过程[67]。常用的主要以碳材料为例分别说明这两类缺
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本文编号：2840339