过渡金属纳米复合材料的合成及其电催化性能研究

发布时间：2016-12-08 10:22

  本文关键词：过渡金属纳米复合材料的合成及其电催化性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

《北京化工大学》 2015年

过渡金属纳米复合材料的合成及其电催化性能研究

李甜  

【摘要】：以过渡金属元素为基础设计合成复合材料作为电催化电极材料的研究受到电化学科研工作者的广泛关注。本论文围绕Ni、Co、Fe基纳米复合材料及其电催化性能研究展开一系列研究工作。论文主要研究工作及结果如下：第一,提出了两步法制备多级NiCoFe水滑石纳米阵列并用于电催化析氧反应(OER)的实验思路。通过水热法,首先在泡沫镍上生长了均匀的一级钴酸镍纳米线结构,以得到的钴酸镍纳米线为模板加入Fe源进行二次水热,得到钴酸镍纳米线@镍钴铁水滑石纳米片(H-LDH)多级水滑石纳米阵列,并将纳米阵列作为电催化电极材料应用到析氧反应中,研究了其OER性质。发现多级结构NiCoFe水滑石纳米阵列复合材料有着比一级纳米线及NiCoFe水滑石纳米颗粒具有更好的OER性能,体现了多级结构及阵列结构作为电催化剂材料的优势。探索了Fe3+的加入量对材料OER性能的影响,当加入的Fe(NO3)3·9H2O量为1 mmol时所得H-LDH-1纳米阵列表现出最好的OER性能,即最小的过电位为0.23 V,塔菲尔斜率为53 mv/dec。第二,提出了以有机金属框架MOF材料为模板一步煅烧法制备钻基碳复合材料并用于电催化氧还原反应(ORR)的实验思路。以含Co的MOF (ZIF-67)为模板,在惰性气氛下控制煅烧温度,合成了钴元素均匀负载在氮掺杂碳上的中空结构材料,对煅烧后的材料进行了ORR性能的研究,探究了煅烧温度对材料ORR性能的影响,其中以在700℃煅烧温度下得到的材料表现出了最好的ORR性能,氧还原电位为0.88 V,扩散电流为4.25 mA/cm2.第三,提出了以双金属MOFs为模板制备碳复合材料并用于电催化还原反应的实验思路。分别以Co(NO3)2·6H2O、Zn(NO3)2·6H2O为Co2+、Zn金属离子来源、二甲基咪唑为有机配体合成双金属有机金属框架ZIF-67。其次,以掺杂了不同量Zn2+的ZIF-67为模板,煅烧得到了钻单质及钴酸锌(ZnxCo3-xO4)颗粒均匀负载在碳上的复合材料(Znx/Co3-x@C),对煅烧后的材料进行了ORR性能的研究,探究了Zn2+掺杂量对材料ORR性能的影响,其中以在Zn0.5/Co2.5@C材料表现出了最好的ORR性能,氧还原电位为0.90 V,扩散电流为5.1 mA/cm2。Zn2+的掺杂提高了复合材料的ORR性能,说明合适的离子掺杂对材料ORR性能的影响,为开发新型ORR材料提供了依据。

【关键词】：
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;O643.36
【目录】：

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