铜基电催化剂的制备及其三功能电催化性能的研究和应用
发布时间：2021-03-25 05:10
随着科学技术的发展和人们对生活质量要求的提高,对不可再生能源比如煤,石油,天然气的使用,既不具备长期发展性同时也对空气质量产生负担。众所周知,氧气催化反应和水电解反应作为金属空气电池和燃料电池的重要理论组成,使得人们对这类催化剂的研究十分火热。其中Pt、Ru02、Ir02作为高效催化剂存在高成本,地球丰度低,以及不可同时作为多功能催化剂的缺点。因此,开发廉价的非贵金属甚至是三功能催化剂是电池在实用技术上的重要探究。本论文总结了与电催化水分解以及锌-空气电池相关地众多类型的催化剂,对其在金属的选择性以及材料的合成和结构的特征方面进行了总结,并据此,设计合成了以非贵金属Cu为基础的催化剂进行了一系列的研究,研究结果表明,Cu基催化剂具备可以媲美贵金属催化剂的电催化性能,且可同时用作多功能电催化剂,成为可以替代商用贵金属催化剂的有效材料,其主要研究内容如下:1.本论文选用具备有一导电性能的泡沫铜材料为基底,通过电镀法生长氢氧化铜纳米线得到CuF/Cu（OH）2。接下来,在室温下用浸泡法在Cu（OH）2纳米线表面包覆一层ZIF-67颗粒,得到CuF/Cu（OH）2@ZIF-67。最后,在不同温...
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１．常规水电解槽方案??Ｆｉｇ?１．１．?Ｓｃｈｅｍｅ?ｏｆ?ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ?ｗａｔｅｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒｓ．??
铜基电催化剂的制备及其功能电催化性能的研允和应用?第？卓绪论??势下电流密度可达７９１?ｍｇ／ｍ２，对应的Ｔａｆｅｌ斜率为１０?ｍＶ／ｄｅｃ，具有较好的催化活性??３４?（图?１＿４＿）。??—?Ｐｔ－Ｐｄ－ｒＧＯｎ＾＾??Ｉ＇２００??？二?ｒ：?Ｘ?／?Ｐｔ－Ｐｄ－ｒＧＯ?Ｉ??Ｊ?ｉ：?ｆ??ＪＵ?ｔＣ?？？?—?１００?ｎｍ?ＰｏｔｃｎｔｉＢｌ?（Ｖ?ｖｓ?ＲＨＥ）??图１．４．?（ａ）合成Ｐｔ－Ｐｄ－ｒＧＯ结构流程图。（ｂ）和（ｃ）?Ｐｔ－Ｐｄ－ｒＧＯ结构地ＴＥＭ图。（ｄ）在??相同Ｐｄ负载量下，包覆不同Ｐｔ厚度的Ｐｄ－ｒＧｏ结构的极化曲线。??Ｆｉｇ?１．４．?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?ｏｆ?Ｐｔ－Ｐｄ－ｒＧＯ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．?（ｂ，ｃ）?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ??ｔｈｅ?Ｐｔ－Ｐｄ－ｒＧＯ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?（ｎａｍｅｌｙ?Ｐｔ－Ｐｄ－ｒＧＯ?ＩＩ）?（ｄ）?Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅｓ?ｏｂｔａｉｎｅｄ?ｏｎ?ｇｌａｓｓｙ??ｃａｒｂｏｎ?ｒｏｔａｔｉｎｇ?ｄｉｓｋ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ?ｃｏａｔｅｄ?ｗｉｔｈ?Ｐｔ－Ｐｄ－ｒＧＯ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｗｈｉｃｈ?ｈａｖｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?Ｐｔ??ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ?ａｔ?ｅｑｕａｌ?Ｐｄ?ｌｏａｄｉｎｇ?ａｍｏｕｎｔｓ．??制备多孔纳米结构的贵金属催化剂是提高贵金厲比表如积和活性位点的另－种??有效方法。Ｈ前，己发展／模板合成法、脱合金化法和表面活性剂辅助合成法合成多??孔ＰＧＭ催化剂，以提高ＰＧＭ催化剂的活性。然而，制备的多孔ＰＧＭ在不同的反应??环境中
铜基电催化剂的制备及其二功能电催化件能的研宄和应用?第－章绪论??变化，而晶格常数下降２％。催化剂的比活性和质量活性均随温度升高而增加，因此??可以将ＯＲＲ的增强活性可归因于晶格收缩７１。??＜ａ，?（ｂ）。。「ｍ?审?ｒ??ｍｋ?｝：??＇?…．丨?????．??Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?（Ｖ?ｖｓ．?ＲＨＥ）??图１．１２．?（ａ）?Ｐｔ３Ｃｏ纳米颗粒的原子模型。（ｂ）不同尺寸下Ｐｔ３Ｃｏ的ＬＳＶ曲线和Ｔａｆｅｌ斜率曲线。??Ｆｉｇ?１．１２．?（ａ）?Ａｔｏｍｉｃ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ａ?ｃｕｂｏ－ｏｃｔａｈｅｄｒａｌ?Ｐｔ＾Ｃｏ?ＮＰｏｆ?ｆｅｅ?ｐｈａｓｅ，?（ｂ）?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅｓ??ｒｅｃｏｒｄｅｄ?ｆｏｒＰｔ＾Ｃｏ?ＮＰ?ｃａｔａｌｙｓｔｓ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｓｉｚｅｓ，?ｗｉｔｈ?ｔｈｅ?ｉｎｓｅｔ?ｓｈｏｗｉｎｇ?ｔｈｅ?ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ?Ｔａｆｅｌ?ｐｌｏｔｓ．??１．５．２．２过渡金属氮化物??Ｌｉａｎｇ等人已经在纯石墨载体以及Ｎ掺杂的石墨载体上研究ｆ?Ｃｏ３〇４纳米晶体的??合成。在这些研究中，将氮掺杂到过渡金属碳基材料中改善了催化剂对ＯＲＲ的活性。??在０．１?Ｍ?ＫＯＨ溶液中，０．７?Ｖ的电压卜，使用Ｃｏ３〇４纳米颗粒在纯碳载体上ＲＤＥ测??量显示电流密度为３．５ｍＡ７ｃｍ２，而其在Ｎ掺杂载体上显示５ｍＡ／ｃｍ２７３。Ｃｈｅｎ等人将??原子铁分散在Ｎ掺杂碳空心纳米球上，用于高效电催化氧还原。该研究以Ｓｉ０２为模??板，组氨酸铁为Ｆｅ－Ｎ４结构前驱体，高温退火制备了原子结构的Ｆｅ－Ｎ４催化活性中心，??该材料在０．１?ＭＫＯＨ溶液中，起始电位达到１．０４６
本文编号：3099091
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１．常规水电解槽方案??Ｆｉｇ?１．１．?Ｓｃｈｅｍｅ?ｏｆ?ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ?ｗａｔｅｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒｓ．??
铜基电催化剂的制备及其功能电催化性能的研允和应用?第？卓绪论??势下电流密度可达７９１?ｍｇ／ｍ２，对应的Ｔａｆｅｌ斜率为１０?ｍＶ／ｄｅｃ，具有较好的催化活性??３４?（图?１＿４＿）。??—?Ｐｔ－Ｐｄ－ｒＧＯｎ＾＾??Ｉ＇２００??？二?ｒ：?Ｘ?／?Ｐｔ－Ｐｄ－ｒＧＯ?Ｉ??Ｊ?ｉ：?ｆ??ＪＵ?ｔＣ?？？?—?１００?ｎｍ?ＰｏｔｃｎｔｉＢｌ?（Ｖ?ｖｓ?ＲＨＥ）??图１．４．?（ａ）合成Ｐｔ－Ｐｄ－ｒＧＯ结构流程图。（ｂ）和（ｃ）?Ｐｔ－Ｐｄ－ｒＧＯ结构地ＴＥＭ图。（ｄ）在??相同Ｐｄ负载量下，包覆不同Ｐｔ厚度的Ｐｄ－ｒＧｏ结构的极化曲线。??Ｆｉｇ?１．４．?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?ｏｆ?Ｐｔ－Ｐｄ－ｒＧＯ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．?（ｂ，ｃ）?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ??ｔｈｅ?Ｐｔ－Ｐｄ－ｒＧＯ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?（ｎａｍｅｌｙ?Ｐｔ－Ｐｄ－ｒＧＯ?ＩＩ）?（ｄ）?Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅｓ?ｏｂｔａｉｎｅｄ?ｏｎ?ｇｌａｓｓｙ??ｃａｒｂｏｎ?ｒｏｔａｔｉｎｇ?ｄｉｓｋ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ?ｃｏａｔｅｄ?ｗｉｔｈ?Ｐｔ－Ｐｄ－ｒＧＯ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｗｈｉｃｈ?ｈａｖｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?Ｐｔ??ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ?ａｔ?ｅｑｕａｌ?Ｐｄ?ｌｏａｄｉｎｇ?ａｍｏｕｎｔｓ．??制备多孔纳米结构的贵金属催化剂是提高贵金厲比表如积和活性位点的另－种??有效方法。Ｈ前，己发展／模板合成法、脱合金化法和表面活性剂辅助合成法合成多??孔ＰＧＭ催化剂，以提高ＰＧＭ催化剂的活性。然而，制备的多孔ＰＧＭ在不同的反应??环境中
铜基电催化剂的制备及其二功能电催化件能的研宄和应用?第－章绪论??变化，而晶格常数下降２％。催化剂的比活性和质量活性均随温度升高而增加，因此??可以将ＯＲＲ的增强活性可归因于晶格收缩７１。??＜ａ，?（ｂ）。。「ｍ?审?ｒ??ｍｋ?｝：??＇?…．丨?????．??Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?（Ｖ?ｖｓ．?ＲＨＥ）??图１．１２．?（ａ）?Ｐｔ３Ｃｏ纳米颗粒的原子模型。（ｂ）不同尺寸下Ｐｔ３Ｃｏ的ＬＳＶ曲线和Ｔａｆｅｌ斜率曲线。??Ｆｉｇ?１．１２．?（ａ）?Ａｔｏｍｉｃ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ａ?ｃｕｂｏ－ｏｃｔａｈｅｄｒａｌ?Ｐｔ＾Ｃｏ?ＮＰｏｆ?ｆｅｅ?ｐｈａｓｅ，?（ｂ）?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅｓ??ｒｅｃｏｒｄｅｄ?ｆｏｒＰｔ＾Ｃｏ?ＮＰ?ｃａｔａｌｙｓｔｓ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｓｉｚｅｓ，?ｗｉｔｈ?ｔｈｅ?ｉｎｓｅｔ?ｓｈｏｗｉｎｇ?ｔｈｅ?ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ?Ｔａｆｅｌ?ｐｌｏｔｓ．??１．５．２．２过渡金属氮化物??Ｌｉａｎｇ等人已经在纯石墨载体以及Ｎ掺杂的石墨载体上研究ｆ?Ｃｏ３〇４纳米晶体的??合成。在这些研究中，将氮掺杂到过渡金属碳基材料中改善了催化剂对ＯＲＲ的活性。??在０．１?Ｍ?ＫＯＨ溶液中，０．７?Ｖ的电压卜，使用Ｃｏ３〇４纳米颗粒在纯碳载体上ＲＤＥ测??量显示电流密度为３．５ｍＡ７ｃｍ２，而其在Ｎ掺杂载体上显示５ｍＡ／ｃｍ２７３。Ｃｈｅｎ等人将??原子铁分散在Ｎ掺杂碳空心纳米球上，用于高效电催化氧还原。该研究以Ｓｉ０２为模??板，组氨酸铁为Ｆｅ－Ｎ４结构前驱体，高温退火制备了原子结构的Ｆｅ－Ｎ４催化活性中心，??该材料在０．１?ＭＫＯＨ溶液中，起始电位达到１．０４６
本文编号：3099091
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