钴基纳米片/导电载体复合材料的制备及其电催化性能的研究

发布时间：2022-12-18 07:30

　　有效的电解水催化剂在人工光合系统和太阳能燃料中起着至关重要的作用。在温和条件下开发低成本且高活性的析氢、析氧催化剂具有很大的挑战性。如今,基于新颖的超薄钴基纳米片复合材料的电催化应用潜能获得了人们的关注。因其独特的化学、物理特性,使得它在电催化领域具有广泛的应用。但是钴基（CO3O4、CoP、CoS）纳米片导电性差、易于堆积等特点使它的电化学活性面的暴露降低。为了实现更好的应用,我们采用两个策略充分提升钴基纳米片电催化性能,研究内容如下:1、通过一步水热法制备超薄二维CO3O4纳米片/还原氧化石墨烯（rGO）纳米复合物,并将其应用于析氧电催化反应。超薄Co304/rGO纳米复合物在碱性条件下展现出强稳定性、290 mV过电位、68 mA dec-1塔菲尔斜率,具有优异的电催化性能,该结果明显优于纯CO304颗粒。为验证该合成方法的普适性,将实验从二维rGO拓展至零维（0D）碳球（CS）、一维（1D）碳纳米管（CNTs）。随着纳米碳材料维度的递增,复合材料的氧空位比例提升、电化学活性比表面增加、电催化析氧（OER）性能提升,结果表明电化学活性与碳基底的表面积密切相关。碳材料的加入增强了材... 

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 电解水制氢概述
        1.1.1 发展氢能源的必要性
        1.1.2 主要制氢技术和存在的问题
        1.1.3 电解水的发展历程与现状
        1.1.4 电解水制氢反应原理
            1.1.4.1 析氢反应机理
            1.1.4.2 析氧反应机理
    1.2 电解水催化电极的构建
    1.3 超薄钴基纳米片电催化电极的构建
        1.3.1 超薄纳米片的研究现状
        1.3.2 钴基化合物
    1.4 导电载体的发展现状
        1.4.1 纳米碳材料
            1.4.1.1 石墨烯
            1.4.1.2 碳纳米管
            1.4.1.3 碳球
        1.4.2 泡沫镍
    1.5 纳米阵列
    1.6 研究目的和内容
        1.6.1 研究目的
        1.6.2 研究内容
第二章 超薄Co_3O_4纳米片/纳米碳复合材料的制备及电催化性能的研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂
        2.2.2 表征技术
        2.2.3 电化学测试
    2.3 超薄Co_3O_4纳米片/纳米碳复合材料的制备
        2.3.1 GO的制备
        2.3.2 超薄Co_3O_4纳米片的制备
        2.3.3 超薄Co_3O_4/rGO纳米复合物的制备
        2.3.4 超薄Co_3O_4/CS纳米复合物的制备
        2.3.5 超薄Co_3O_4/CNTs纳米复合物的制备
    2.4 结果与讨论
        2.4.1 超薄Co_3O_4/纳米碳复合材料的表征
            2.4.1.1 超薄Co_3O_4/rGO纳米复合物的表征
            2.4.1.2 超薄Co_3O_4/CS纳米复合物的表征
            2.4.1.3 超薄Co_3O_4/CNTs纳米复合物的表征
        2.4.2 超薄Co_3O_4/纳米碳复合材料的OER性能研究
            2.4.2.1 线性扫描伏安法
            2.4.2.2 塔菲尔曲线
            2.4.2.3 电催化稳定性测试
            2.4.2.4 电化学活性比表面测试
            2.4.2.5 方阻测试和电化学阻抗测试
    2.5 小结
第三章 超薄钴基/泡沫镍纳米片阵列电极的制备及电催化性能的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂
        3.2.2 表征分析技术
        3.2.3 电化学测试
    3.3 超薄钴基/泡沫镍纳米片阵列的制备
        3.3.1 超薄Co_3O_4/Nifoam纳米片阵列的制备
        3.3.2 超薄CoP/Ni foam纳米片阵列的制备
        3.3.3 超薄CoS/Ni foam纳米片阵列的制备
    3.4 结果和讨论
        3.4.1 超薄钴基纳米片/泡沫镍纳米片阵列的表征
        3.4.2 超薄钴基/泡沫镍纳米片阵列材料的OER性能研究
        3.4.3 超薄钴基/泡沫镍纳米片阵列材料的HER性能研究
        3.4.4 超薄钴基/泡沫镍纳米片阵列材料的全水解测试
    3.5 小结
第四章 结论与展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]泡沫镍及镍电池市场[J]. 张聚东.  新材料产业. 2007(05)



本文编号：3721633