过渡金属基三维多级结构构筑及其电催化性能研究

发布时间：2022-09-17 13:05

　　随着非再生化石燃料资源消耗量的增加和由此产生的环境问题,探索替代性绿色可持续能源成为了研究的热点问题。电解水反应已成为实现化学形式下能量有效转换和储存的最有吸引力的方法之一。作为电解水中的半反应,析氧反应（OER）在动力学上是迟缓的,需要较高的过电位。贵金属氧化物（即IrO2和RuO2）作为高性能电催化剂已被用于提高OER反应速率,但是贵金属催化剂的高成本和稀缺性导致的一些不利之处限制了它们的大规模实际应用。因此,设计和开发具有优异催化活性、耐久性、价格低廉及丰富储备的OER电催化剂变得尤为重要。本文基于过渡金属材料构筑多金属三维多级结构电催化剂,有效地提高电化学比表面积、扩大电解质与电极的接触面积和增强电子传输效率与电导性能,在析氧反应中具有优异的催化活性。（一）采用原位生长法制备的CoNiAl-LDH/NF通过结晶溶解再结晶过程与ZIF-67纳米片复合形成新型的三维多级结构ZIF-67/CoNiAl-LDH/NF。由于其多孔、大孔和中孔的多级结构有效的提高了电化学活性面积,暴露了更多的活性组份,加强了电解质的渗透与电子的传输,利用多孔结构以及片状ZIF-67纳米阵列和LDH纳米片构... 

【文章页数】：109 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 电催化水氧化
        1.2.1 析氧反应概述
        1.2.2 析氧反应机理
    1.3 电解水析氧反应催化剂研究进展
        1.3.1 基于Ru、Ir贵金属氧化物
        1.3.2 过渡金属氧化物
        1.3.3 过渡金属氢氧化物
        1.3.4 过渡金属磷化物
        1.3.5 过渡金属硫化物
        1.3.6 过渡金属硒化物
    1.4 层状双金属氢氧化物(LDHs)
        1.4.1 LDHs的结构特点
        1.4.2 LDHs制备方法
        1.4.3 LDHs的性质
        1.4.4 LDHs的应用
    1.5 沸石咪唑类金属有机框架化合物
        1.5.1 沸石咪唑类金属有机框架化合物概述
        1.5.2 沸石咪唑类金属有机框架化合物合成方法
        1.5.3 沸石咪唑类金属有机框架化合物的应用
    1.6 论文研究的目的及意义
    1.7 论文研究内容
        (1) 片状ZIF-67与层状氢氧化物复合三维多孔结构的制备及其电催化性能研究
        (2) CNT@NiCoP/C复合材料的制备及析氧性能的研究
        (3) Fe掺杂多孔珊瑚状CuO结构的制备及其电催化性能研究
第二章 实验部分
    2.1 实验原料
    2.2 材料的结构、组成及性能表征
        2.2.1 X射线衍射分析(XRD)
        2.2.2 低温氮气吸脱附测试(BET)
        2.2.3 扫描电子显微镜分析(SEM)
        2.2.4 等离子发射光谱分析(ICP-AES)
        2.2.5 高分辨透射电镜分析(HRTEM)
        2.2.6 高角环形暗场相电子扫描测试(HAADF-STEM)
        2.2.7 X射线电子能谱分析(XPS)
        2.2.8 有机元素分析
        2.2.9 拉曼光谱分析(Raman)
第三章 片状ZIF-67与层状氢氧化物复合三维多孔结构的制备及其电催化性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 CoNiAl-LDH/NF前体的制备
        3.2.2 三维多级结构ZIF-67/CoNiAl-LDH/NF电催化剂的合成
        3.2.3 电化学测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 三维多级结构ZIF-67/CoNiAl-LDH/NF制备过程
        3.3.2 XRD测试
        3.3.3 傅立叶变换红外光谱图
        3.3.4 SEM表征
        3.3.5 XPS表征
    3.4 电催化性能表征
    3.5 本章小结
第四章 CNT@NiCoP/C复合材料的制备及析氧性能的研究
    4.1 前言
    4.2 实验部分
        4.2.1 碳纳米管的改性
        4.2.2 CNTs@ZIF-67复合材料的合成
        4.2.3 CNTs@NiCo-LDH/ZIF-67复合材料的合成
        4.2.4 CNTs@NiCoP/C复合材料的合成
        4.2.5 电化学测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 CNTs@NiCoP/C的合成路径
        4.3.2 XRD表征
        4.3.3 扫描电镜表征
        4.3.4 透射电镜表征
        4.3.5 Raman表征
        4.3.6 BET表征
        4.3.7 XPS表征
    4.4 电催化性能表征
    4.5 本章小结
第五章 Fe掺杂多孔珊瑚状CuO结构的制备及其电催化性能研究
    5.1 前言
    5.2 实验部分
        5.2.1 睡莲状CuO/CF的合成
        5.2.2 珊瑚状Fe-CuO/CF合成
        5.2.3 电化学测试
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 珊瑚状Fe-CuO的合成路径
        5.3.2 XRD与SEM表征
        5.3.3 TEM表征
        5.3.4 XPS表征
    5.4 电化学表征
    5.5 本章小结
第六章 结论
论文创新点
参考文献
研究成果及发表的学术论文
致谢
作者与导师简介
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]2D MOF Nanoflake-Assembled Spherical Microstructures for Enhanced Supercapacitor and Electrocatalysis Performances[J]. Huicong Xia,Jianan Zhang,Zhao Yang,Shiyu Guo,Shihui Guo,Qun Xu.  Nano-Micro Letters. 2017(04)



本文编号：3679279