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三维多级结构电极材料的可控制备、表征及电催化氧化生物质性能研究

发布时间:2021-01-17 03:01
  目前许多碳基材料,如煤、天然气、石油等不可持续资源日益耗减,能源需求增大和环境污染问题,激励着研究人员寻求可替代能源和能量存储装置。氢能是较为有应用前景的可再生能源。工业上产氢的方式主要有电解水制氢、煤气化制氢、重油及天然气催化转化制氢等。这其中电解水制氢是一个重要的途径,其核心反应是析氧和析氢反应。其中,析氧反应高度依赖溶液的pH值,且为动力学慢反应,因此开发经济、高效的析氧反应催化剂对于提升电解水产氢的效率,以及与之相关的燃料电池、储能领域的应用具有重要意义。到目前为止,大量电催化材料已经被设计和合成出来用于提高析氧反应性能。本论文研究的内容针对目前析氧反应的特点及研究现状,以泡沫镍、泡沫铜为基体,在其表面原位生长形貌、组成可控的纳米结构单元,构筑具有高机械强度、高活性的三维多级结构电极材料,研究材料的组成、结构等对电催化析氧反应性能的影响,并将其应用于生物质平台分子的电催化氧化,为新型高效电催化材料的设计和制备提供新的思路和方法,具体研究内容包括以下两部分。1.利用水热法在泡沫镍表面原位生长垂直于骨架结构的镍铝水滑石前体材料。通过离子交换法,将含有B、P元素的阴离子引入到水滑石层... 

【文章来源】:北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】:86 页

【学位级别】:硕士

【图文】:

三维多级结构电极材料的可控制备、表征及电催化氧化生物质性能研究


图1-1水滑石类材料层状结构的示意图A??Figure?1-1?Schematic?diagram?of?layered?structure?of?hydrotalcite?materials.??

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of?Ni(b),?B(c),?Al(d)?elements.??3.3.1.4扫描电镜(SEM)表征??通过扫描电镜对所得的系列镍基电极材料的表面结构和形貌进行表征,如图3-5??所示,图3-5a是空白泡沫镍骨架结构,经除油、去氧化层处理后,可以看到泡沫镍表??面光滑。图3-5b、c是制备的NiAl-LDH/NF前体在不同放大倍率下的SEM图片,从??图中可以看到,二维纳米片结构垂直生长于泡沫镍的骨架表面,构成蜂窝状的开放式??的孔道结构,单个纳米片的大小为300?500?nm、厚度为10?20?rnn。图3-5d是??NiAl-LDH/NF前体直接在氢气气氛下高温还原后,结构基本不变,片状结构表面依然??光滑。图3-5e是经离子交换后的NiAl-B〇33_-LDH/NF中间体的形貌,可以看到与交换??前的形貌相比,二维纳米片两面有一层细小的褶皱。图3-5f是硼酸根插层的??NiAl-B〇33_-LDH/NF中间体经高温还原后得到的NiB-Al2〇3/NF样品

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采用三电极体系研宄所得NiB-AbCb/NF电极催化材料的析氧催化活性,同时作??为对比,研宄了经预处理的空白NiFoam、Ni-Al2〇3/NF、NiB-Ak〇3/NF这三种镍基电??极材料的析氧性能。图3-7是经过iR补偿(消除溶液电阻造成的实际施加电压小于理??论值的误差)校正后的线性扫描伏安曲线(极化曲线)。测试条件是:电解液是1.0??mol?L-1的KOH,扫速是SmVY1,测试过程中电解液加以搅拌,转速1〇〇〇卬m,用??来尽量减少气泡的积聚。图3-7a中的极曲线给出了某一电流密度下对应的电位值,??当电流密度分别达到10?mA?cm-2和50?mAxm_2时,NiB-Ab〇3/NF样品的过电位在221??mV、331?mV?左右,与?Ni?Foam?(363?mV、412?mV)、Ni-Al2〇3/NF?(258?mV、383?mV)??两个样品相比,NiB-Ah〇3/NF样品显示出非常好的电催化析氧活性。(除了特殊说明,??文章中出现的电位均己换算成可逆电极RHE的标准电位)。因为极化曲线中,在起??始电位所处的范围内

【参考文献】:
期刊论文
[1]One-Pot Microwave-Assisted Synthesis of Graphene/Layered Double Hydroxide(LDH) Nanohybrids[J]. Sunil P.Lonkar,Jean-Marie Raquez,Philippe Dubois.  Nano-Micro Letters. 2015(04)
[2]硼酸根插层水滑石层间组成及取向结构的控制[J]. 李素锋,李殿卿,史翎,杨兰,蒲敏,Evans,D.G.,段雪.  化学学报. 2004(13)



本文编号:2982068

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