三维碳纳米纤维负载过渡金属及其氧化物复合电催化剂用于高效氧析出
[Abstract]:Electrochemical catalytic water decomposition to produce hydrogen provides a way for large-scale conversion of intermittent energy such as wind, solar and other renewable energy to hydrogen energy. However, due to the hysteresis of the oxygen precipitation reaction, the comprehensive efficiency of the reaction process is greatly affected. It is urgent to develop an efficient electrocatalyst to accelerate the reaction rate and improve the energy conversion efficiency. At present, the oxides of metal Ru and ir are the best catalysts for oxygen precipitation, but their large scale application is restricted by their high price and scarcity. As a substitute for noble metal catalysts, transition metal oxides have been widely studied in recent years because of their rich reserves and high theoretical activity. At present, these catalysts are prepared on two-dimensional substrates by trickling or spin-coating. Although their properties have been improved to some extent, the catalytic activity and stability need to be improved through further optimization of structure and mechanical properties. Therefore, in this paper, several kinds of complex catalysts with porous network structure supported on transition metals and their oxides were prepared by using the carbon nanofibers derived from bacterial cellulose as the carrier. Its morphology, structure and composition were characterized. Finally, the catalytic properties of oxygen precipitation were studied. Using bacterial cellulose as template, cobalt hydroxide nanoparticles were loaded on the nanofibers with three dimensional porous network by thermal precipitation method, and then the carbon nanofibers / cobalt complexes derived from bacterial cellulose were obtained by pyrolysis at high temperature. The composite not only retains the advanced porous network structure, but also has high specific surface area and good mechanical properties. The complex was directly used as a three-dimensional electrode and its catalytic oxygen precipitation performance was tested. The results show that it has a lower initial potential (0.458 V (vs.Ag/AgCl), in 0. 1 M KOH solution) and an overpotential of 476 MV when the current density reaches 10mA/cm2, which shows high catalytic activity. After 11 hours of constant voltage (0. 5 V (vs.Ag/AgCl) stability test, its current density remains 70. It is proved that it has good stability. In the oxygen precipitation reaction, the three-dimensional porous structure is not only conducive to the high speed mass transfer of electrolyte and oxygen, but also the conductive property of carbon nanofiber network is favorable to the high-speed transfer of electrons. The synergistic effect of these properties makes the material have excellent electrocatalytic performance. In addition, carbon nanofibers derived from bacterial cellulose were directly loaded with nickel-cobalt double hydroxide nanochips by hydrothermal method to obtain carbon nanofibers and nickel-cobalt double hydroxide complexes. The material has a good three-dimensional multilayer porous structure and a large specific surface area, which makes it have good mass transfer and more active sites in the catalytic oxygen precipitation reaction. The results of catalytic oxygen precipitation test showed that the three dimensional complex catalyst also showed excellent catalytic activity and excellent stability. On this basis, several other carbon nanofiber supported transition metal complexes were prepared by "template precipitation-pyrolysis" method, and their physical characterization and catalytic properties of oxygen precipitation were studied.
【学位授予单位】:北京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:O643.36;TQ116.2
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,本文编号:2185064
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