非贵过渡金属纳米催化材料的电化学制备及其电催化性能研究
发布时间：2023-02-08 08:41
能源危机和环境污染对人类的生存和发展已经构成了挑战。基于可持续发展的战略需求,人类对于能源的需求正努力由传统的化石能源向新能源过渡,大力发展清洁新能源技术是世界各国必然选择的道路。其中,燃料电池和电化学分解水制氢技术作为两种绿色环保的电化学能源转换和生产技术,被认为是解决能源危机和环境污染问题的有效途径。围绕这两种新型电化学能源转换与生产技术已经开展了大量研究工作并取得了一系列进展。目前,制约直接甲醇燃料电池和电化学分解水技术规模化商业应用的主要问题是对高成本贵金属Pt和RuO2/IrO2等电催化材料的依赖。因此,探索、设计和开发具有快速甲醇氧化和水分解反应动力学的非贵金属电催化材料是当前该领域的主攻方向。本论文结合当前电催化材料领域研究新动向,以开发高效稳定的非贵金属电催化材料为出发点,系统研究了几种纳米结构非贵金属催化材料的电催化性能,探究其在电化学能源转换和生产领域潜在的应用价值。我们选取Ni-Co、Ni-Cu以及CoS等非贵过渡金属基材料作为研究对象,主要基于电化学沉积制备手段来构建相关材料的纳米结构,通过调控制备实验参数来优化材料的...
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 引言
1.2 直接甲醇燃料电池
1.2.1 燃料电池
1.2.2 直接甲醇燃料电池基本原理
1.2.3 电催化甲醇氧化反应
1.2.4 甲醇氧化电催化剂
1.3 电催化分解水概述
1.3.1 电化学分解水原理
1.3.2 氢气析出和氧气析出双功能电催化剂
1.4 本文的研究内容及意义
1.5 本文的创新点
2 实验技术与原理
2.1 实验主要试剂和仪器
2.1.1 主要试剂
2.1.2 主要仪器
2.2 催化剂材料的物相表征技术
2.2.1 X射线衍射谱(XRD)分析
2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)分析
2.2.3 透射电子显微镜(TEM)分析
2.2.4 X射线光电子能谱(XPS)分析
2.2.5 电感耦合等离子光发射光谱(ICP-OES)分析
2.2.6 能量散射型X射线荧光光谱(EDX)分析
2.3 催化剂的电催化活性评价技术
2.3.1 三电极体系
2.3.2 循环伏安(CV)测试技术
2.3.3 线性扫描伏安(LSV)测试技术
2.3.4 计时电流(I-t)和计时电位(V-t)测试技术
2.3.5 电化学交流阻抗(EIS)测试技术
3 电化学可控合成Ni-Co合金微纳米阵列及其甲醇氧化电催化性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 催化剂制备
3.2.2 材料表征
3.2.3 电化学测试
3.2.4 理论计算方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 不同Ni/Co原子比Ni-Co合金催化剂的物相、组成、形貌和结构表征
3.3.2 Ni-Co合金微纳米阵列的形成过程研究
3.3.3 Ni-Co合金微纳米阵列的甲醇氧化电催化性能研究
3.3.4 Ni-Co合金微纳米阵列的甲醇氧化电催化反应机理及动力学研究
3.3.5 密度泛函理论计算催化剂对甲醇及CO的吸附能
3.4 本章小结
4 电化学可控合成Ni-Cu合金微纳米三维网络结构及其甲醇氧化电催化性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 催化剂制备
4.2.2 材料表征
4.2.3 电化学测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 不同Ni/Cu原子比的Ni-Cu合金催化剂的电化学合成与表征
4.3.2 高度分枝的Ni-Cu合金微纳米三维网络结构的形成过程研究
4.3.3 高度分枝的Ni-Cu合金微纳米三维网络结构的甲醇氧化电催化性能研究
4.3.4 高度分枝的Ni-Cu合金微纳米三维网络结构的甲醇氧化电催化反应动力学研究..
4.4 本章小结
5 电化学制备Ni掺杂的Ni0.1Co0.9S纳米片及其氢气析出和氧气析出电催化性能研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 催化剂制备
5.2.2 材料表征
5.2.3 电化学测试
5.3 结果与讨论
5.3.1 Ni掺杂的Ni0.1Co0.9S纳米片的物相表征
5.3.2 Ni掺杂的Ni0.1Co0.9S纳米片的HER性能研究
5.3.3 Ni掺杂的Ni0.1Co0.9S纳米片的OER性能研究
5.3.4 Ni掺杂的Ni0.1Co0.9S纳米片的全分解水性能研究
5.4 本章小结
6 Ni和P共掺杂的Ni0.1Co0.9S|P纳米片的制备及其氢气析出和氧气析出电催化性能研究
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 催化剂制备
6.2.2 材料表征
6.2.3 电化学测试
6.3 结果与讨论
6.3.1 Ni和P共掺杂的Ni0.1Co0.9S|P纳米片的物相表征
6.3.2 Ni和P共掺杂的Ni0.1Co0.9S|P纳米片的HER性能研究
6.3.3 Ni和P共掺杂的Ni0.1Co0.9S|P纳米片的OER性能研究
6.3.4 Ni和P共掺杂的Ni0.1Co0.9S|P纳米片的全分解水性能研究
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 展望
致谢
参考文献
附录
A.作者在攻读博士学位期间发表的学术论文
B.作者在攻读博士学位期间主持及参与的科研项目
C.作者在攻读博士学位期间参加的国际学术会议
D.作者在攻读博士学位期间的获奖情况
本文编号：3737685
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 引言
1.2 直接甲醇燃料电池
1.2.1 燃料电池
1.2.2 直接甲醇燃料电池基本原理
1.2.3 电催化甲醇氧化反应
1.2.4 甲醇氧化电催化剂
1.3 电催化分解水概述
1.3.1 电化学分解水原理
1.3.2 氢气析出和氧气析出双功能电催化剂
1.4 本文的研究内容及意义
1.5 本文的创新点
2 实验技术与原理
2.1 实验主要试剂和仪器
2.1.1 主要试剂
2.1.2 主要仪器
2.2 催化剂材料的物相表征技术
2.2.1 X射线衍射谱(XRD)分析
2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)分析
2.2.3 透射电子显微镜(TEM)分析
2.2.4 X射线光电子能谱(XPS)分析
2.2.5 电感耦合等离子光发射光谱(ICP-OES)分析
2.2.6 能量散射型X射线荧光光谱(EDX)分析
2.3 催化剂的电催化活性评价技术
2.3.1 三电极体系
2.3.2 循环伏安(CV)测试技术
2.3.3 线性扫描伏安(LSV)测试技术
2.3.4 计时电流(I-t)和计时电位(V-t)测试技术
2.3.5 电化学交流阻抗(EIS)测试技术
3 电化学可控合成Ni-Co合金微纳米阵列及其甲醇氧化电催化性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 催化剂制备
3.2.2 材料表征
3.2.3 电化学测试
3.2.4 理论计算方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 不同Ni/Co原子比Ni-Co合金催化剂的物相、组成、形貌和结构表征
3.3.2 Ni-Co合金微纳米阵列的形成过程研究
3.3.3 Ni-Co合金微纳米阵列的甲醇氧化电催化性能研究
3.3.4 Ni-Co合金微纳米阵列的甲醇氧化电催化反应机理及动力学研究
3.3.5 密度泛函理论计算催化剂对甲醇及CO的吸附能
3.4 本章小结
4 电化学可控合成Ni-Cu合金微纳米三维网络结构及其甲醇氧化电催化性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 催化剂制备
4.2.2 材料表征
4.2.3 电化学测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 不同Ni/Cu原子比的Ni-Cu合金催化剂的电化学合成与表征
4.3.2 高度分枝的Ni-Cu合金微纳米三维网络结构的形成过程研究
4.3.3 高度分枝的Ni-Cu合金微纳米三维网络结构的甲醇氧化电催化性能研究
4.3.4 高度分枝的Ni-Cu合金微纳米三维网络结构的甲醇氧化电催化反应动力学研究..
4.4 本章小结
5 电化学制备Ni掺杂的Ni0.1Co0.9S纳米片及其氢气析出和氧气析出电催化性能研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 催化剂制备
5.2.2 材料表征
5.2.3 电化学测试
5.3 结果与讨论
5.3.1 Ni掺杂的Ni0.1Co0.9S纳米片的物相表征
5.3.2 Ni掺杂的Ni0.1Co0.9S纳米片的HER性能研究
5.3.3 Ni掺杂的Ni0.1Co0.9S纳米片的OER性能研究
5.3.4 Ni掺杂的Ni0.1Co0.9S纳米片的全分解水性能研究
5.4 本章小结
6 Ni和P共掺杂的Ni0.1Co0.9S|P纳米片的制备及其氢气析出和氧气析出电催化性能研究
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 催化剂制备
6.2.2 材料表征
6.2.3 电化学测试
6.3 结果与讨论
6.3.1 Ni和P共掺杂的Ni0.1Co0.9S|P纳米片的物相表征
6.3.2 Ni和P共掺杂的Ni0.1Co0.9S|P纳米片的HER性能研究
6.3.3 Ni和P共掺杂的Ni0.1Co0.9S|P纳米片的OER性能研究
6.3.4 Ni和P共掺杂的Ni0.1Co0.9S|P纳米片的全分解水性能研究
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 展望
致谢
参考文献
附录
A.作者在攻读博士学位期间发表的学术论文
B.作者在攻读博士学位期间主持及参与的科研项目
C.作者在攻读博士学位期间参加的国际学术会议
D.作者在攻读博士学位期间的获奖情况
本文编号：3737685
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