氢氧化钴纳米片基电催化剂结构与性能研究

发布时间：2017-05-31 07:05

  本文关键词：氢氧化钴纳米片基电催化剂结构与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：人类的可持续发展正面临着严峻的能源与环境问题,利用光能或电能将水分解生成氢气和氧气是解决这些危机的有效方法。然而水分解产氧动力学瓶颈一直制约着光或电催化水分解效率的提高,因此寻求一种高效的产氧催化剂成为效率提升的关键。目前,高效的产氧催化剂有二氧化铱、二氧化钌等,但由于其地球储量少、制备成本高限制了它们的广泛应用。因此,如何寻找高效、稳定、环境友好且价格低廉的产氧催化剂是急需解决的科学问题。 受到石墨烯的启发,过渡金属(氢)氧化物二维薄层化后,表现出奇特的物理、化学性质,如C0304纳米片展现出优异的电催化产氧活性,新型核环结构的NiCo2O4纳米片表现出了卓越的析氧反应催化性能。本论文通过水热法将α-Co(OH)2二维纳米片化,展现出了优异的电催化产氧性能。将其进一步与石墨烯复合,电催化产氧性能得到显著增强,实现了析氧反应效率的大幅提升。并综合利用TEM、XRD、XAFS、Raman等表征手段探索氢氧化钴纳米片材料及其石墨烯复合物的电子结构与其电催化性能的内在关联。具体研究内容如下： 1.超薄γ-CoOOH纳米片结构及其电催化性能的研究 利用取向诱导生长法与水热法相结合,成功合成了原子级厚度的超薄γ-CoOOH纳米片。电化学性能测试结果显示,γ-CoOOH纳米片能够显著提高析氧反应催化效率,降低析氧过电势和极大催化剂的单位质量活性。XAFS结果显示Co离子的缺失为电催化反应提供了活性位点；Co价态的降低能够提高氧化性能,使得水更容易被氧化生成氧气,从而提升了电催化效率。 2.石墨烯负载的α-Co(OH)2纳米片的结构及其电催化性能的研究 通过模板诱导生长的方法,首次成功合成石墨烯负载的氢氧化钴纳米片。电化学测试分析显示,rGO/α-Co(OH)2纳米片析氧反应的起始电压比C0304纳米颗粒的起始电压以及α-Co(OH)2块材的起始电压都低。并且,当电流密度为10mA/cm2时,rGO/α-Co(OH)2纳米片的过电势分别比α-Co(OH)2块材和C0304纳米颗粒的过电位低50mV和130mV。此外,rGO/α-Co(OH)2纳米片展现了强大的电催化反应活性,质量比活性比C0304纳米颗粒的活性高了差不多有50倍。可以预见,rGO/α-Co(OH)2纳米片具有丰富的资源储量、高效的析氧催化活性将在电催化水解领域具有广阔的应用前景。
【关键词】：电解水 析氧过电位 γ-CoOOH纳米片 rGO/α-Co(OH)_2 纳米片 XAFS
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O614.812;TQ116.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-27
• 1.1 引言10-11
• 1.2 纳米材料简介11-16
• 1.2.1 纳米材料结构种类12-14
• 1.2.2 纳米材料应用情况14-16
• 1.3 纳米材料催化剂简介16-24
• 1.3.1 纳米催化剂种类17-18
• 1.3.2 纳米材料催化剂制备方法18-19
• 1.3.3 纳米金属氧化物催化剂的制备19-22
• 1.3.4 纳米材料催化剂表征方法22-24
• 1.4 石墨烯负载的纳米材料研究进展24-25
• 1.4.1 石墨烯的结构特性24
• 1.4.2 石墨烯及其负载纳米材料在电极材料领域中的应用24-25
• 1.5 钴基纳米材料研究进展及本论文的研究工作25-27
• 第二章 CoOOH纳米片电催化性能研究27-33
• 2.1 研究背景27
• 2.2 CoOOH纳米片的制备27-28
• 2.3 样品表征方法28
• 2.4 实验数据及分析28-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 α-Co(OH)_2纳米片电催化性能研究33-40
• 3.1 研究背景33-34
• 3.2 α-Co(OH)_2纳米片的制备34
• 3.3 样品表征方法34-35
• 3.4 实验数据及分析35-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 石墨烯负载α-Co(OH)_2纳米片电催化性能研究40-46
• 4.1 研究背景40-41
• 4.2 氧化石墨烯负载α-Co(OH)_2纳米片的制备41
• 4.3 样品表征方法41-42
• 4.4 实验数据及分析42-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第五章 总结与展望46-48
• 参考文献48-52
• 致谢52-53
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果53

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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3 苏岳锋;吴锋;包丽颖;徐斌;陈实;;电化学混合电容器用新型β-Ni(OH)_2/CNTs纳米复合物[J];化学学报;2008年06期

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5 陈艳丽;胡中爱;常艳琴;王欢文;张子瑜;杨玉英;;掺铝α-氢氧化钴的制备及其电化学性能研究[J];化工新型材料;2011年07期

  本文关键词：氢氧化钴纳米片基电催化剂结构与性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：408837