电喷雾沉积法制备过渡金属氢氧化物和氧化物电极及其电催化和光电催化性能的研究
发布时间：2021-03-02 09:02
随着当今社会对资源的需求量和消耗量快速增长,能源短缺和环境污染问题日趋严峻,温室效应对环境的威胁日益增大。为解决这些问题,科学家们尝试利用取之不尽的太阳能,通过电催化,光电催化等途径分解水产生清洁能源氢气,以补足未来可能存在的能量缺口。然而,目前制备出的催化材料远不能满足工业大规模生产的实际需要。因此,制备高效的能源转化和储存器件是能催化域面临的一个重大挑战。电喷雾沉积技术是一种绿色高效的薄膜的制备手段,在常压下即可进行,具有高通量、低消耗、微结构等优势。该技术通过电喷雾离子源产生带电微滴,在电场的诱导下沉积在导电衬底上,形成均匀的薄膜。通过调整沉积过程中的试验参数,能够对电喷雾沉积过程进行有效控制,进而改变薄膜的性质和性能。通过电喷雾沉积制备的薄膜材料能够高效利用在能源催化领域。本文使用硝酸铁和硝酸钴为前驱体,用导电玻璃（FTO）作为衬底,使用不同的电喷雾沉积方式,得到了三种不同的FeCo（OH）x薄膜材料,并用于电催化析氧反应。通过X-射线衍射（XRD）,X-射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）表征,发现三种FeCo（O...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电喷雾沉积装置和原理
第一章绪论5境之间的界面张力。扩散系数的值和扩散速率有关，如果S小于0，则液滴只会在衬底表面发生局部润湿，在较小的接触面积内达到扩散平衡。如果S大于等于0，则液滴会在衬底表面扩散直到完全覆盖表面。一般来说，衬底表面性质和溶液粘度是影响扩散速率主要因素，扩散速率会随粘度的增加而减校然而，当衬底高温使溶剂快速蒸发时，干燥的过程迅速进行，即使对于扩散系数S大于0的情况，液滴的扩散也可能不完全。此外，如果先前已经沉积好的沉积层形成裂缝或针孔，后面的液滴可能通过毛细作用渗透到其中。由于这种修复效果，电喷雾沉积技术可以获得均匀无裂痕的沉积层。[10]沉积层表面的分解和反应：液滴中溶质的分解和反应可能（部分或完全）发生在液滴到达衬底之前，如果样品接收台温度足够高，液滴在飞行过程中就已经被完全干燥，溶质分子暴露在高温中，很容易分解或反应。在这种情况下，沉积层会形成多孔结构，而不是结构非常致密的薄膜。另一方面，在样品台温度相对较低的情况下，溶液液滴在衬底表面的扩散，则可以形成较为致密的沉积层。图1.2所示是电喷雾沉积形成沉积层的截面示意图，其中图1.2（a）为较低的沉积温度下形成的致密结构的沉积层，由上到下依次是无定形态，结晶态，颗粒无定型态；图1.2（b）为较高温度下形成的多孔结构的沉积层，由上到下依次是网状，颗粒状，不规则碎片型。a致密结构b多孔结构图1.2沉积层的截面示意图在沉积温度较低的情况下，液滴在衬底表面扩散以及接下来的化学变化，实际上是一种金属盐前驱体溶液的湿化学过程，这一过程决定了沉积层的形貌。对
第一章绪论7图1.3使用不同锂源得到的沉积层：碳酸锂（a）；硝酸锂（b）；醋酸锂（c）；氢氧化锂（d）导电衬底：电喷雾沉积技术中常用的导电衬底有导电玻璃（FTO）、泡沫镍、碳纤维布等。导电衬底对沉积层形貌的影响主要通过两种方式：衬底的材质和表面形状。喷雾液滴对于不同材质的衬底有不同的扩散系数，导致喷雾液滴在不同材质的衬底上的扩散程度不同，从而影响沉积层的形貌；衬底表面形状能够造成沉积过程中电场分布不均匀，从而影响液滴的选择性着陆。为了研究衬底表面形状对电喷雾沉积的影响，Fang等在生长有氧化铜的纳米针铜网上，使用电喷雾沉积金属银。实验结果表明，由于氧化铜纳米针的尖端有更大的电场强度，所以金属银粒子选择性沉积在氧化铜纳米针的尖端附近。[2]可调节的实验参数：在完整的电喷雾沉积体系中有许多可以调节实验条件参数，电喷雾沉积技术的一个优势就是可以通过调节这些参数实现对沉积层形貌的调控。这些参数包括前躯体溶液流速，电场强度，样品接收台温度，沉积时间，喷雾距离前躯体溶液浓度等。根据上述的电喷雾沉积原理，可以找出这些实验参数对电喷雾沉积过程的影响。由公式1.2可知，泰勒锥产生的初级液滴的直径与
本文编号：3058998
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电喷雾沉积装置和原理
第一章绪论5境之间的界面张力。扩散系数的值和扩散速率有关，如果S小于0，则液滴只会在衬底表面发生局部润湿，在较小的接触面积内达到扩散平衡。如果S大于等于0，则液滴会在衬底表面扩散直到完全覆盖表面。一般来说，衬底表面性质和溶液粘度是影响扩散速率主要因素，扩散速率会随粘度的增加而减校然而，当衬底高温使溶剂快速蒸发时，干燥的过程迅速进行，即使对于扩散系数S大于0的情况，液滴的扩散也可能不完全。此外，如果先前已经沉积好的沉积层形成裂缝或针孔，后面的液滴可能通过毛细作用渗透到其中。由于这种修复效果，电喷雾沉积技术可以获得均匀无裂痕的沉积层。[10]沉积层表面的分解和反应：液滴中溶质的分解和反应可能（部分或完全）发生在液滴到达衬底之前，如果样品接收台温度足够高，液滴在飞行过程中就已经被完全干燥，溶质分子暴露在高温中，很容易分解或反应。在这种情况下，沉积层会形成多孔结构，而不是结构非常致密的薄膜。另一方面，在样品台温度相对较低的情况下，溶液液滴在衬底表面的扩散，则可以形成较为致密的沉积层。图1.2所示是电喷雾沉积形成沉积层的截面示意图，其中图1.2（a）为较低的沉积温度下形成的致密结构的沉积层，由上到下依次是无定形态，结晶态，颗粒无定型态；图1.2（b）为较高温度下形成的多孔结构的沉积层，由上到下依次是网状，颗粒状，不规则碎片型。a致密结构b多孔结构图1.2沉积层的截面示意图在沉积温度较低的情况下，液滴在衬底表面扩散以及接下来的化学变化，实际上是一种金属盐前驱体溶液的湿化学过程，这一过程决定了沉积层的形貌。对
第一章绪论7图1.3使用不同锂源得到的沉积层：碳酸锂（a）；硝酸锂（b）；醋酸锂（c）；氢氧化锂（d）导电衬底：电喷雾沉积技术中常用的导电衬底有导电玻璃（FTO）、泡沫镍、碳纤维布等。导电衬底对沉积层形貌的影响主要通过两种方式：衬底的材质和表面形状。喷雾液滴对于不同材质的衬底有不同的扩散系数，导致喷雾液滴在不同材质的衬底上的扩散程度不同，从而影响沉积层的形貌；衬底表面形状能够造成沉积过程中电场分布不均匀，从而影响液滴的选择性着陆。为了研究衬底表面形状对电喷雾沉积的影响，Fang等在生长有氧化铜的纳米针铜网上，使用电喷雾沉积金属银。实验结果表明，由于氧化铜纳米针的尖端有更大的电场强度，所以金属银粒子选择性沉积在氧化铜纳米针的尖端附近。[2]可调节的实验参数：在完整的电喷雾沉积体系中有许多可以调节实验条件参数，电喷雾沉积技术的一个优势就是可以通过调节这些参数实现对沉积层形貌的调控。这些参数包括前躯体溶液流速，电场强度，样品接收台温度，沉积时间，喷雾距离前躯体溶液浓度等。根据上述的电喷雾沉积原理，可以找出这些实验参数对电喷雾沉积过程的影响。由公式1.2可知，泰勒锥产生的初级液滴的直径与
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