镍基材料的制备及其在电化学中的应用

发布时间：2017-08-17 17:10

  本文关键词：镍基材料的制备及其在电化学中的应用

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【摘要】：传统能源的大量使用,造成环境污染和能源浪费。燃料电池因具有燃料来源广泛、环境友好、结构简单、较高的能源转化效率等优点,是一种理想的绿色发电装置。甲醇有高的能源密度,且相比氢气安全易储存,因此直接甲醇燃料电池(DMFC)得到广泛关注。DMFC的电极材料多采用贵金属材料,但是贵金属Pt、Pd价格昂贵,储量少,并且易与CO中间产物结合而中毒。碱性直接甲醇燃料电池可利用非贵金属作为电极材料例如Ag、Ni、Co等,并且不易与CO中间产物结合中毒而得到人们的重视。另外,利用电化学(太阳能)电解水制氢是解决当前社会能源危机和环境污染的理想方式。电解水分解有两个半反应,产氢反应和产氧反应。产氧反应的动力学过程缓慢,导致阳极产氧过电位高、能源损失多、消耗较高电能,因此电化学分解水产氧反应是水分解的控制反应,而产氧反应多采用含贵金属的催化剂,如铱、钌等,但是贵金属储量少、价格高,因此不能大面积应用。而储量多、非贵金属催化剂也能用于电催化产氧反应,例如钴、镍、锰及其它们的氧化物/氢氧化物。化学电池所产生的电,需要合适的储能装置,而电化学电容器具有很高的能源容量、充放电速率快和使用寿命长等优点,是一种重点研究的储能装置。电化学电容器电极的材料多采用高比表面的碳材料、金属氧化物/氢氧化物和导电聚合物材料。碱性直接甲醇燃料电池、电化学电容器和产氧反应的发展都离不开电极催化剂的开发。镍基催化剂材料可作为碱性直接甲醇燃料电池、电化学电容器和产氧反应的电极材料,其在碱性直接甲醇燃料电池、电化学电容器和产氧反应中的应用逐渐受到人们的广泛关注。本文我们合成不同镍基材料,并将其用于碱性直接甲醇燃料电池、电化学电容器和电化学产氧反应中。主要研究如下:1.利用水热法制得微孔磷酸镍VSB-5及添加不同氧化石墨量制得的掺杂石墨烯的镍磷氧复合材料NiPO/G-X。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、X射线衍射仪、紫外可见分光光度计、X射线光电子能谱仪等方法对催化剂进行结构表征。采用循环伏安法、计时电流法考察不同催化剂对电催化甲醇氧化性能的影响。同时将磷酸镍及掺杂石墨烯的镍磷氧复合材料用于电催化产氧反应,采用循环伏安法、线性扫描伏安法考察催化剂对电催化水产氧反应的效果。2.利用氢气500℃还原磷酸镍及掺杂石墨烯的镍磷氧复合材料,制得磷化镍及磷化镍/石墨烯催化剂(NiP/G-X)。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、X射线衍射仪、傅立叶变换红外光谱仪等方法对催化剂进行结构表征。采用循环伏安法、计时电流法考察催化剂对电催化甲醇氧化性能的影响。同时将磷化镍、磷化镍/石墨烯复合材料用于电催化产氧反应,采用循环伏安法、线性扫描伏安法考察催化剂对电催化水产氧反应的效果。3.以硼氢化钠作碱源、硼源,采用一锅法制备B-Ni(OH)_2纳米材料,然后通过煅烧得到B-NiO纳米材料,同时利用相同方法,把硼氢化钠换成氢氧化钠制备Ni(OH)_2纳米材料,通过煅烧得到对比材料NiO。通过粉末X射线衍射仪、X射线光电子能谱、高分辨率透射电子显微镜、扫描电子显微镜、比表面和孔径分析测定仪等方法对B-NiO催化剂进行结构表征。采用循环伏安法、恒电流充放电法考察材料B-NiO、NiO的电容性能。4.将介孔磷酸镍NiPO-1、NiPO-2和掺硅磷酸镍Si-NiPO-1、Si-NiPO-2用于电催化水产氧反应,采用循环伏安法、线性扫描伏安法考察催化剂对电催化水产氧反应的效果。
【关键词】：镍基材料 碱性直接甲醇燃料电池 电化学电容器 产氧反应
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;O646
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 绪论12-36
• 1.1 概述12-13
• 1.2 燃料电池概述13-20
• 1.2.1 燃料电池的特点13-14
• 1.2.2 燃料电池的分类14-17
• 1.2.3 直接甲醇燃料电池17-19
• 1.2.4 碱性直接甲醇燃料电池19-20
• 1.2.5 电催化甲醇氧化电极材料电化学测试方法20
• 1.3 电化学电容器概述20-23
• 1.3.1 电化学电容器结构21
• 1.3.2 电化学电容器储电原理21
• 1.3.3 电化学电容器电极材料的研究进展21-22
• 1.3.4 电化学电容器测试方法22-23
• 1.4 电化学电解水产氧概述23-26
• 1.4.1 电催化产氧电极材料研究现状24-25
• 1.4.2 含镍电催化产氧材料的研究现状25-26
• 1.5 课题的研究的主要内容26-27
• 参考文献27-36
• 2 掺杂石墨烯的镍磷氧复合材料在电催化甲醇氧化和水氧化产氧中的应用36-58
• 2.1 引言36-37
• 2.2 实验部分37-39
• 2.2.1 主要实验试剂37
• 2.2.2 主要实验仪器37
• 2.2.3 催化剂的制备37-38
• 2.2.4 电催化甲醇氧化性能38
• 2.2.5 电催化水氧化产氧性能38-39
• 2.2.6 表征39
• 2.3 结果与讨论39-54
• 2.3.1 掺杂石墨烯的镍磷氧复合材料的结构表征39-45
• 2.3.2 掺杂石墨烯的镍磷氧复合电极对电催化甲醇氧化性能研究45-50
• 2.3.3 掺杂石墨烯的镍磷氧复合电极对电催化水产氧性能研究50-54
• 2.4 本章小结54-55
• 参考文献55-58
• 3 磷化镍/石墨烯复合材料在电催化甲醇氧化和水氧化产氧中的应用58-72
• 3.1 引言58
• 3.2 实验部分58-60
• 3.2.1 催化剂的制备58-59
• 3.2.2 电催化甲醇氧化性能59
• 3.2.3 电催化水氧化产氧性能59
• 3.2.4 表征59-60
• 3.3 结果与讨论60-68
• 3.3.1 磷化镍/石墨烯材料的结构表征60-63
• 3.3.2 磷化镍/石墨烯复合电极对电催化甲醇氧化性能研究63-66
• 3.3.3 磷化镍/石墨烯复合电极对电催化水产氧性能研究66-68
• 3.4 本章小结68-69
• 参考文献69-72
• 4 掺硼氧化镍在电化学电容器中的应用72-86
• 4.1 引言72-73
• 4.2 实验部分73-75
• 4.2.1 主要实验试剂73
• 4.2.2 主要实验仪器73-74
• 4.2.3 催化剂的制备74
• 4.2.4 B-NiO电极的制备和电化学测试74
• 4.2.5 表征74-75
• 4.3 结果与讨论75-81
• 4.3.1 B-NiO的结构表征75-78
• 4.3.2 B-NiO材料的电化学性能分析78-81
• 4.4 本章小结81-83
• 参考文献83-86
• 5 介孔磷酸镍与含硅磷酸镍在电催化水氧化产氧中的应用86-98
• 5.1 引言86-87
• 5.2 实验部分87-89
• 5.2.1 主要实验试剂87
• 5.2.2 主要实验仪器87-88
• 5.2.3 催化剂的制备88
• 5.2.4 电催化水氧化产氧性能88
• 5.2.5 表征88-89
• 5.3 结果与讨论89-95
• 5.3.1 介孔磷酸镍与含硅磷酸镍催化剂结构表征89-90
• 5.3.2 介孔磷酸镍与含硅磷酸镍复合电极对电催化水产氧性能研究90-93
• 5.3.3 不同掺硅含量NiPO-2 电极对电催化水产氧性能研究93-95
• 5.4 本章小结95-96
• 参考文献96-98
• 6 结论98-102
• 6.1 本论文的主要结论98-99
• 6.2 本论文创新点99
• 6.3 存在问题99-102
• 致谢102-104
• 攻读学位期间的学术成果104-105

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 徐会颖;周国伟;魏英勤;李艳敬;;硅掺杂介孔TiO_2材料的制备及可见光下降解甲基橙研究[J];化工新型材料;2008年08期

2 黄金昭;徐征;李海玲;亢国虎;王文静;;氧化铁镍电极上析氧反应的电化学研究(英文)[J];电化学;2006年02期

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本文编号：690156