非贵金属纳米材料的合成及其电解水性能研究
发布时间：2021-01-21 15:08
由于具备含量丰富、价格低廉且电催化活性好等特点,非贵金属纳米材料被认为是最有希望的电解水催化剂之一。虽然非贵金属纳米材料在最近几十年得到了长足的发展,但其现阶段的催化活性和稳定性还无法满足电解水的商业化要求。为了进一步提高非贵金属纳米材料的电催化活性,本文拟通过精细调控其活性面积、电子传导及吉布斯自由能等方面,提高其催化性能。具体策略:（1）增加活性面积,提高暴露的活性位点数目,从而提高其催化活性;（2）增强材料的电子传导性能,加速电子的传递,从而加速反应的进行;（3）调节催化剂的吉布斯自由能,可以从本质上加快析氧反应（Oxygen Evolution Reaction,OER）在催化剂上反应的动力学速率,从而提高催化剂的催化活性。对于这些调控策略虽已取得了一定的研究进展,但需要深入拓展,提供更加有效的调控方法。因此,通过调控非贵金属纳米材料的活性面积、电子传导及吉布斯自由能提高其OER催化活性对高性能电解水催化剂的快速发展具有十分重要的研究价值和意义。本论文中,我们控制合成了原位生长在载体上的NiFe-LDH@CNT、NiCe@CP纳米片等三维结构材料及N掺杂碳壳包裹的双金属Fe/C...
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２材料结构示意图：（ａ）层间距为山的氢氧化物，（ｂ）层间有阴离子和水分子??
纳米材料的合成及其电解水性能研究?第一章差，且催化剂与电极之间接触面积有限，导致非贵金属纳米材料的电子差。为了减少催化剂活性位点和电极之间的能量损失，提高材料的导电调控方法有：合成髙导电性的金属非氧化物或将催化剂与导电载体结合５．２．１金属非氧化物??非贵金属纳米氧化物、氢氧化物材料中，提高其导电性是一个急需解决的算表明，金属、金属硫族化物、氮化物和磷化物等金属非氧化物类材料性［６４＿６６］，其导电性比氧化物、氢氧化物髙。这些材料导电性的增加可以子传递，改善ＯＥＲ催化性能。该类材料在电催化ＯＥＲ过程中，表面易氧化物或氢氧化物，但内部结构保持不变。由此，该类材料在电催化Ｏ核壳结构。由于其特殊的核壳结构优势，即内部核的金属非氧化态材料及外部壳层金属氧化态较髙的ＯＥＲ活性，该类材料在ＯＥＲ催化中表现。??
Ｚｈｏｕ等人［６６］提出了一种新型的Ｎｉ－Ｆｅ二硫化物＠羟基氧化物核壳异质结构材料??作为ＯＥＲ催化剂，密度泛函理论（Ｄｅｎｓｉｔｙ?Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ?Ｔｈｅｏｒｙ，ＤＦＴ）表明内部Ｎｉ－Ｆｅ??二硫化物具有金属特性，为电子转移提供了理想的电子通路。如图１－４?（ａ，?ｂ）所示，??该Ｎｉ－Ｆｅ二硫化物为多孔的纳米微球。该材料在ＯＥＲ反应的高电位下易发生氧化。??图１－４?（ｃ，ｄ）表明，在第一圈的ＣＶ循环过程中，表面的Ｎｉ－Ｆｅ二硫化物转化为无??定形的Ｎｉ－Ｆｅ氢氧化物。图１－４?（ｅ）表明，循环１００圈后，其表面进一步转换为结晶??态的Ｎｉ－Ｆｅ羟基氧化物，内部的Ｎｉ－Ｆｅ二硫化物保持不变。由图１－４?（ｆ）元素分布图??可清晰观察到Ｎｉ－Ｆｅ二硫化物表面已被氧化。在ＯＥＲ测试中，Ｎｉ－Ｆｅ二硫化物＠轻基??氧化物异质材料表现出优异的活性。如图１－５?（ａ）所示，在电流密度为１０?ｍＡ?ｃｎｆ２??时，过电位为２３０?ｍＶ，优于Ｎｉ－Ｆｅ氢氧化物。并且图１－５?（ｂ）?Ｐ且抗测试表明，Ｎｉ－Ｆｅ??二硫化物＠轻基氧化物的导电性要高于Ｎｉ－Ｆｅ氢氧化物。Ｓｔｅｍ等人［６５］利用热处理法??合成了?Ｎｉ２Ｐ纳米颗粒。在电催化ＯＥＲ中，Ｎｉ２Ｐ表面被氧化为ＮｉＯｘ，原位形成了??Ｎｉ２Ｐ／ＮｉＯｘ的核壳结构。导电性良好的金属态Ｎｉ２Ｐ促进了催化活性中心ＮｉＯｘ与外部??电路连接
本文编号：2991388
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２材料结构示意图：（ａ）层间距为山的氢氧化物，（ｂ）层间有阴离子和水分子??
纳米材料的合成及其电解水性能研究?第一章差，且催化剂与电极之间接触面积有限，导致非贵金属纳米材料的电子差。为了减少催化剂活性位点和电极之间的能量损失，提高材料的导电调控方法有：合成髙导电性的金属非氧化物或将催化剂与导电载体结合５．２．１金属非氧化物??非贵金属纳米氧化物、氢氧化物材料中，提高其导电性是一个急需解决的算表明，金属、金属硫族化物、氮化物和磷化物等金属非氧化物类材料性［６４＿６６］，其导电性比氧化物、氢氧化物髙。这些材料导电性的增加可以子传递，改善ＯＥＲ催化性能。该类材料在电催化ＯＥＲ过程中，表面易氧化物或氢氧化物，但内部结构保持不变。由此，该类材料在电催化Ｏ核壳结构。由于其特殊的核壳结构优势，即内部核的金属非氧化态材料及外部壳层金属氧化态较髙的ＯＥＲ活性，该类材料在ＯＥＲ催化中表现。??
Ｚｈｏｕ等人［６６］提出了一种新型的Ｎｉ－Ｆｅ二硫化物＠羟基氧化物核壳异质结构材料??作为ＯＥＲ催化剂，密度泛函理论（Ｄｅｎｓｉｔｙ?Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ?Ｔｈｅｏｒｙ，ＤＦＴ）表明内部Ｎｉ－Ｆｅ??二硫化物具有金属特性，为电子转移提供了理想的电子通路。如图１－４?（ａ，?ｂ）所示，??该Ｎｉ－Ｆｅ二硫化物为多孔的纳米微球。该材料在ＯＥＲ反应的高电位下易发生氧化。??图１－４?（ｃ，ｄ）表明，在第一圈的ＣＶ循环过程中，表面的Ｎｉ－Ｆｅ二硫化物转化为无??定形的Ｎｉ－Ｆｅ氢氧化物。图１－４?（ｅ）表明，循环１００圈后，其表面进一步转换为结晶??态的Ｎｉ－Ｆｅ羟基氧化物，内部的Ｎｉ－Ｆｅ二硫化物保持不变。由图１－４?（ｆ）元素分布图??可清晰观察到Ｎｉ－Ｆｅ二硫化物表面已被氧化。在ＯＥＲ测试中，Ｎｉ－Ｆｅ二硫化物＠轻基??氧化物异质材料表现出优异的活性。如图１－５?（ａ）所示，在电流密度为１０?ｍＡ?ｃｎｆ２??时，过电位为２３０?ｍＶ，优于Ｎｉ－Ｆｅ氢氧化物。并且图１－５?（ｂ）?Ｐ且抗测试表明，Ｎｉ－Ｆｅ??二硫化物＠轻基氧化物的导电性要高于Ｎｉ－Ｆｅ氢氧化物。Ｓｔｅｍ等人［６５］利用热处理法??合成了?Ｎｉ２Ｐ纳米颗粒。在电催化ＯＥＲ中，Ｎｉ２Ｐ表面被氧化为ＮｉＯｘ，原位形成了??Ｎｉ２Ｐ／ＮｉＯｘ的核壳结构。导电性良好的金属态Ｎｉ２Ｐ促进了催化活性中心ＮｉＯｘ与外部??电路连接
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