基于石墨烯三维网络的复合析氧催化剂的研究
本文选题:石墨烯 + 过渡金属 ; 参考:《北京理工大学》2016年硕士论文
【摘要】:石墨烯,一种sp2杂化的二维晶体、单原子厚度的新型碳材料,具有优异的导电性、高电子迁移率、稳定性和大的比表面积等,在催化剂领域具有重要的潜在应用价值,近年来引起了国内外研究人员的广泛关注。本论文以石墨烯为基础材料,与过渡金属氧化物材料进行复合,开展对石墨烯复合催化剂结构和性能的研究,并进一步发掘其在能量转换与储存领域的应用。主要研究内容如下:我们首先采用电化学的方法制备电解水析氧催化剂。依次在FTO玻璃上,用电量控制法沉积石墨烯三维多孔网络(PGF)和无定型氧化钴(Co-Pi),得到具有三维多孔结构的Co-Pi@PGF复合催化剂,对其电解水析氧性能进行测试。结果表明,石墨烯网络能有效增大Co-Pi催化剂的表面积和电催化活性位点的数量,从而加快催化剂/电解质界面的反应速率,有效降低析氧反应的过电位。其次,我们通过调控铁镍混合氢氧化物的形貌以及三维石墨烯的网络结构,利用一步水热法构建了铁镍层状双氢氧化物/碳纳米管交联三维石墨烯网络复合材料(FeNi-LDH@3DG/CNTs),研究发现其催化析氧的性能远高于平面型铁镍层状双氢氧化物(FeNi-LDH),这种独特的三维复合结构具有更小的过电位,降低了电荷传输电阻及催化析氧反应过程中界面上的电荷转移电阻,从而提高了析氧反应的催化效率。另外,我们发现这种复合催化剂对氧还原反应同样有催化作用,使得它能够作为双功能催化剂,可潜在用于金属 空气电池等电化学能量转换和储存领域。
[Abstract]:Graphene, a sp2 hybrid two-dimensional crystal, a new carbon material with single atomic thickness, has excellent electrical conductivity, high electron mobility, stability and large specific surface area, and has important potential applications in the field of catalysts. In recent years, researchers at home and abroad have attracted wide attention. In this paper, graphene was used as the basic material, and the structure and properties of graphene composite catalyst were studied, and its application in energy conversion and storage was explored. The main research contents are as follows: firstly, we prepared electrolytic water oxygen evolution catalyst by electrochemical method. In turn, Co-Pi@PGF composite catalysts with three dimensional porous structure were prepared on FTO glass by electrically controlled deposition of graphene three dimensional porous network (PGF) and amorphous cobalt oxide Co-PiG. The oxygen evolution of electrolytic water was tested. The results show that graphene network can effectively increase the surface area of Co-Pi catalyst and the number of electrocatalytic active sites, thus accelerate the reaction rate of catalyst / electrolyte interface, and effectively reduce the overpotential of oxygen evolution reaction. Secondly, we regulate the morphology of Fe-Ni mixed hydroxides and the network structure of three dimensional graphene. The Fe-Ni layered double hydroxide / carbon nanotube crosslinked three dimensional graphene network composite (FeNi-LDHR 3DG / CNTsN) was constructed by one-step hydrothermal method. It was found that the catalytic oxygen evolution of the composite was much higher than that of the planar Fe-Ni layered double hydroxide FeNi-LDHN. The three-dimensional composite structure has smaller overpotential The charge transfer resistance and the charge transfer resistance at the interface in the process of catalytic oxygen evolution are reduced, thus the catalytic efficiency of the oxygen evolution reaction is improved. In addition, we found that the composite catalyst can also catalyze the oxygen reduction reaction, which makes it possible to be used as a bifunctional catalyst for electrochemical energy conversion and storage in metal / air batteries.
【学位授予单位】:北京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O613.71;O643.36
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,本文编号:1914509
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