过渡金属化合物的结构设计与调控及其电化学反应机理研究

发布时间：2023-04-03 00:05

　　随着人类社会的不断发展而环境污染、气候变化和能源危机带来的问题日益严重,人们对安全无污染的电子储能设备的需求也日益增加。超级电容器由于充放电速度快、安全系数高、功率密度高和使用寿命长等优点近年来得到广泛关注与研究;类似地,锌空电池也工作于水系电解液故安全系数高且成本便宜,也展现出其在储能器件领域的优势。由于电极材料和电催化剂的本征特性作为对超级电容器和锌空电池整体器件性能最重要的因素之一,因此开发廉价、高活性和高稳定性的电极材料和电催化剂并且揭示其电化学反应机理也就至关重要。本文首先介绍了超级电容器的分类及赝电容的储能机理、锌空电池的工作原理及位于空气电极的阳极反应和阴极反应即析氧反应(oxygen evolution reaction,OER)和氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)的反应机理,然后讨论了如何根据电化学反应机理来设计电极材料、OER和ORR电催化剂,并对其材料改性的方法进行分类、讨论和总结。基于此,本文以插层结构、中空结构和界面结构等多种纳米结构为基础,对过渡金属化合物进行结构设计与调控,以提高电化学过程中的电荷转移速率和离子扩散、运...

【文章页数】：139 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 赝电容超级电容器
    1.3 电催化析氧反应
    1.4 电催化氧还原反应
    1.5 本文的研究思路与主要内容
2 实验材料、仪器及方法
    2.1 主要实验试剂与仪器设备
    2.2 材料的物理结构表征
    2.3 电极的制备及电化学性能表征
3 二维氢氧化物插层结构的设计及其离子输运的影响机制
    3.1 引言
    3.2 有机物分子插层法调控氢氧化物层间距及其结构表征
    3.3 分子动力学模拟不同层间距镍锰双氢氧化物的离子扩散、传输特性
    3.4 电化学性能表征
    3.5 本章小结
4 硒化物中空纳米链的制备及其金属掺杂的析氧反应活性调控
    4.1 引言
    4.2 镍铁硒化物中空纳米链的形成机制及其结构表征
    4.3 铁掺杂对二硒化镍电催化析氧反应活性的影响机制
    4.4 电催化性能表征
    4.5 本章小结
5 强亲水性硒化物中空纳米颗粒的制备及其表面反应活性调控
    5.1 引言
    5.2 亲水镍铁硒化物中空纳米颗粒的形成机制及其结构表征
    5.3 电催化性能表征
    5.4 表面修饰对镍铁硒化物浸润特性及电催化反应活性的影响机制
    5.5 本章小结
6 三相界面结构的构筑及其氧还原反应活性调控
    6.1 引言
    6.2 普适法制备氧化铈/金属钴/碳三相界面的中空纳米球及其结构表征
    6.3 氧化铈/金属钴界面调控对电催化氧还原活性的影响机制
    6.4 电催化性能表征
    6.5 本章小结
7 全文总结与工作展望
    7.1 本文工作总结
    7.2 后续工作展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间发表的主要论文
附录2 攻读博士学位期间授权的发明专利
附录3 攻读博士学位期间获奖情况



本文编号：3780238