钴基电极材料的制备与性能研究
发布时间：2021-09-28 15:41
在科技蓬勃发展的二十一世纪,人们对于能源的依赖越来越强,迫切需要发展能量转换和存储的新技术,这种技术需要具有高稳定性,成本低廉,环保等优点,所以广大研究人员不断探索,促使该领域获得了快速发展。在本研究中,利用聚（丙烯胺盐酸盐）（PAH）修饰的还原氧化石墨烯以及聚丙烯酸（PAA）制备（PAA/PAH-rGO）自组装薄膜,并在此薄膜上负载氢氧化钴（Co（OH）2）,获得具有高电容性能和高催化效率,成本低廉的（PAA/PAH-rGO）x-Co（OH）2电极材料。主要开展了如下工作:（1）利用PAH修饰的还原氧化石墨烯以及PAA,使用层层自组装的方法制备（PAA/PAH-rGO）自组装薄膜,并在此薄膜上利用恒电流法进行Co（OH）2的电沉积,获得（PAA/PAH-rGO）x-Co（OH）2柔性电极材料。研究发现,增加LbL的层数,延长电沉积时间,都可以提升样品的电化学性能,其中使用LbL和恒电流电沉积相结合的插层法（LbL-CP-LbL）,使用Co（NO3）2作为...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级电容器的组成和结构(LeeSW,2011)
第1章绪论4是由于二者储能原理的本质所决定的。但是EDLC也有FPC无法比拟的优势，比如FPC通过剧烈的氧化还原储能，但是这个反应会对电解质和活性电极材料造成损耗，所以FPC的循环使用寿命不如EDLC长(ShiH.1996;ZhuY,2011;PechD,2010)。图1-2EDLC和FPC原理(SimonP,2014)1.2.3超级电容器的电极1.2.3.1碳材料在目前的研究中，EDLC经常使用碳材料作为电极材料，这是因为碳材料的的含量大，加工工艺简单，比表面积大，导电性好，而且没有毒性，同时还具有很高的化学稳定性和宽泛的工作温度(OgoshiT,2015)。最近一段时间经常被报道的碳材料包括石墨烯，活性炭(AC)，碳纳米管(CNTs)等。AC的比表面积通常大于2000m2/g，经过测试得知，AC材料在水溶液中的比电容可以达到200F/g，即使在水中也能达到100F/g的高电容，所以AC非常适合用作EDLC的电极(FrackowiakE.,2007)。然而AC的孔径分布从0.3-100nm不等，没有在一个有序的范围内，因此在AC材料的内部，微孔、中孔和大孔随机连接，比电容的增加也并不线性，没有规律可循(LiuHJ,2011;ZhouH,2003;ChmiolaJ,2006)。碳纳米管(CNTs)因为导电性和稳定性好，也可以作为EDLC的电极(F.Pico,2004)。但是CNTs的比电容远不如AC，在有机电解质中仅为30F/g(E.
中国地质大学（北京）工程硕士学位论文7图1-3柔性电子系统关键的相关领域和基础材料(NathanA,2012)1.3电催化反应及其催化剂随着全球能源需求的不断增长，加上化石燃料的逐渐枯竭和环境的不断恶化，刺激了人们对风能、太阳能等可再生能源的迫切需求(ChuS,2012;JiaoY,2015;ReierT,2017;ZhangP,2018;ZhangP,2019,郭亚肖,2017;李昊亮,2013)。然而，这些可持续的能源通常是间歇性的，供需之间存在时间差。因此，为了实现可持续发展的能源格局，需要大量的能源转换和存储技术，如将太阳能和风能产生的电能转化为氢燃料的水电解技术、具有极高的能量密度和低成本、环保的未来新型电池(LuXF,2019;ZhangM,2018;DrespS,2016)。氧气析出反应(OER)、氧还原反应(ORR)和氢气析出反应(HER)等催化反应，动力学十分缓慢，严重阻碍了这些能量转换和储存系统的发展(LuXF,2019;HuX,2020;LuXF,2019;LuXF,2019)。特别是OER，它可以应用于多种能源转换和存储技术，作为最具挑战性的难题之一，在过去的几十年里引起了人们的极大关注。当前的工业水平上的电催化剂高度依赖于贵金属催化剂，特别是在酸性条件下。但是，贵金属基电催化剂成本高昂，地壳储量低和相的稳定性相对较差，极大地阻碍了其大规模商业化(KasianO,2018;WuZP,2020;HuynhM,2015)。通常贵金属基电催化剂无法在酸性条件下工作。但是最近的一些研究表明，催化剂可以在中性和酸性条件下催化OER，例如氧化锰(HuynhM,2015)、金属磷酸盐和硼酸盐(KananMW,2008;ChenP,2016)等。在碱性条件下，某些非贵金属基电催化剂能够以显着的催化性能催化OER，
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种高效双功能电催化剂CoP/Co@NPC@rGO的制备[J]. 黄康,朱梅婷,张飞鹏,许志龙,王洪涛,肖葵,吴俊升. 工程科学学报. 2020(01)
[2]CoP/RGO复合材料的制备及结构性能研究[J]. 李俊莉,杨玉琴,皇甫鑫强,陈选欣. 化工新型材料. 2019(11)
[3]镍铁钴磷化物纳米片阵列的制备及其电催化析氧性能[J]. 张璋,胡先标. 华南师范大学学报(自然科学版). 2019(05)
[4]电催化析氢、析氧及氧还原的研究进展[J]. 郭亚肖,商昌帅,李敬,汪尔康. 中国科学:化学. 2018(08)
[5]钴盐阴离子基团对Co-N-C催化剂电催化活性的影响[J]. 夏艺萌,吴帅,谭丰,李卫,魏清茂,闵春刚,杨喜昆. 材料导报. 2018(03)
本文编号：3412192
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级电容器的组成和结构(LeeSW,2011)
第1章绪论4是由于二者储能原理的本质所决定的。但是EDLC也有FPC无法比拟的优势，比如FPC通过剧烈的氧化还原储能，但是这个反应会对电解质和活性电极材料造成损耗，所以FPC的循环使用寿命不如EDLC长(ShiH.1996;ZhuY,2011;PechD,2010)。图1-2EDLC和FPC原理(SimonP,2014)1.2.3超级电容器的电极1.2.3.1碳材料在目前的研究中，EDLC经常使用碳材料作为电极材料，这是因为碳材料的的含量大，加工工艺简单，比表面积大，导电性好，而且没有毒性，同时还具有很高的化学稳定性和宽泛的工作温度(OgoshiT,2015)。最近一段时间经常被报道的碳材料包括石墨烯，活性炭(AC)，碳纳米管(CNTs)等。AC的比表面积通常大于2000m2/g，经过测试得知，AC材料在水溶液中的比电容可以达到200F/g，即使在水中也能达到100F/g的高电容，所以AC非常适合用作EDLC的电极(FrackowiakE.,2007)。然而AC的孔径分布从0.3-100nm不等，没有在一个有序的范围内，因此在AC材料的内部，微孔、中孔和大孔随机连接，比电容的增加也并不线性，没有规律可循(LiuHJ,2011;ZhouH,2003;ChmiolaJ,2006)。碳纳米管(CNTs)因为导电性和稳定性好，也可以作为EDLC的电极(F.Pico,2004)。但是CNTs的比电容远不如AC，在有机电解质中仅为30F/g(E.
中国地质大学（北京）工程硕士学位论文7图1-3柔性电子系统关键的相关领域和基础材料(NathanA,2012)1.3电催化反应及其催化剂随着全球能源需求的不断增长，加上化石燃料的逐渐枯竭和环境的不断恶化，刺激了人们对风能、太阳能等可再生能源的迫切需求(ChuS,2012;JiaoY,2015;ReierT,2017;ZhangP,2018;ZhangP,2019,郭亚肖,2017;李昊亮,2013)。然而，这些可持续的能源通常是间歇性的，供需之间存在时间差。因此，为了实现可持续发展的能源格局，需要大量的能源转换和存储技术，如将太阳能和风能产生的电能转化为氢燃料的水电解技术、具有极高的能量密度和低成本、环保的未来新型电池(LuXF,2019;ZhangM,2018;DrespS,2016)。氧气析出反应(OER)、氧还原反应(ORR)和氢气析出反应(HER)等催化反应，动力学十分缓慢，严重阻碍了这些能量转换和储存系统的发展(LuXF,2019;HuX,2020;LuXF,2019;LuXF,2019)。特别是OER，它可以应用于多种能源转换和存储技术，作为最具挑战性的难题之一，在过去的几十年里引起了人们的极大关注。当前的工业水平上的电催化剂高度依赖于贵金属催化剂，特别是在酸性条件下。但是，贵金属基电催化剂成本高昂，地壳储量低和相的稳定性相对较差，极大地阻碍了其大规模商业化(KasianO,2018;WuZP,2020;HuynhM,2015)。通常贵金属基电催化剂无法在酸性条件下工作。但是最近的一些研究表明，催化剂可以在中性和酸性条件下催化OER，例如氧化锰(HuynhM,2015)、金属磷酸盐和硼酸盐(KananMW,2008;ChenP,2016)等。在碱性条件下，某些非贵金属基电催化剂能够以显着的催化性能催化OER，
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种高效双功能电催化剂CoP/Co@NPC@rGO的制备[J]. 黄康,朱梅婷,张飞鹏,许志龙,王洪涛,肖葵,吴俊升. 工程科学学报. 2020(01)
[2]CoP/RGO复合材料的制备及结构性能研究[J]. 李俊莉,杨玉琴,皇甫鑫强,陈选欣. 化工新型材料. 2019(11)
[3]镍铁钴磷化物纳米片阵列的制备及其电催化析氧性能[J]. 张璋,胡先标. 华南师范大学学报(自然科学版). 2019(05)
[4]电催化析氢、析氧及氧还原的研究进展[J]. 郭亚肖,商昌帅,李敬,汪尔康. 中国科学:化学. 2018(08)
[5]钴盐阴离子基团对Co-N-C催化剂电催化活性的影响[J]. 夏艺萌,吴帅,谭丰,李卫,魏清茂,闵春刚,杨喜昆. 材料导报. 2018(03)
本文编号：3412192
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