超薄类水滑石纳米片-碳复合物的制备及其电催化性能研究
发布时间：2021-06-13 17:29
氢气能源在存储与转换过程中存在的析氧反应（OER）、氧还原反应（ORR）、析氢反应（HER）,由于动力学进程缓慢,反应能垒过高等原因,成为限制氢气能源广泛应用的主要原因之一。目前,标准催化剂皆为贵金属催化剂,这增加了能源存储与转换过程中的成本。OER催化剂中,类水滑石纳米片（LDHNS）复合物成本低、催化效果较好成为研究重点。然而,LDHNS复合物存在合成步骤复杂,LDHNS活性位点不能充分暴露,性能有待进一提高等问题。因此,探索一种简便易行、具有超薄结构的LDHNS复合物成为亟待解决的问题。通过设计合成超薄结构的LDHNS复合物暴露更多活性位点,增强LDHNS与碳材料的协同作用来提高电催化活性是有效途径。鉴于此本文通过原位生长构建了三种超薄LDHNS复合物电催化剂。主要内容如下:（1）在甲酰胺和水混合溶剂中,采用自下而上的方法,在rGO上原位生长镍铁类水滑石纳米片（NiFe-LDHNS）,制备了超薄镍铁类水滑石纳米片/还原氧化石墨烯复合物（NiFe-LDHNS/rGO）。超薄LDHNS以单层或几层的形式复合在rGO的基底上,厚度为0.8-3 nm。由于超薄LDHNS暴露了更多的活性位...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)锌空电池(左)和水裂解装置(右)，(b)HER和OER的极化曲线
F 是法拉第常数(96485 C/mol)，2On 是产生的氧分子数量，I 是施加的电流，t 是反应经历的时间。TOF 对于估计内在 OER 电催化剂的活性至关重要。TOF 可以用等式(5)进行计算。nFJSTOF4 (5)其中，J 是确定电位对应的电流密度，S 是工作电极的面积，n 是活性位点的数量。1.3.2 ORR 简介在典型的 H2-O2燃料电池中，阳极和阴极是通过电解质和半透膜隔开的。根据电解质的酸碱性和膜类型的不同，H2-O2燃料电池大致可以分为质子交换膜燃料电池(PEMFC)[8]和碱性燃料电池(AFC)[9,10]。在阳极，H2分子经过氢气氧化反应(HOR)产生 e-，而在阴极，O2分子通过 ORR 接受在阳极产生的 e-。阴极上的 ORR 反应动力学与 HOR 的快速动力学相比约慢 6 倍，这导致高的过电位和 H2-O2燃料电池能效过低。
图 1.3 GO 与 LDH 的三明治结构示意图。Fig. 1.3 Schematic of the sandwich arrangement of LDHs and GO.(1)共沉淀法 共沉淀法是一种在合成各种 LDH 及其新型碳复合材料(CNT/LDH 和 GO/LDH)过程中广泛使用的方法[64-66]。图 1.3[67]展示了 LDH 复合物形成原理。首先，石墨烯纳米片或 GO 分散在去离子水中进行超声处理，在控制 和在剧烈搅拌的条件下向其中加入金属盐溶液。通过减少盐的使用量来调节 pH 值而通过减少 GO 的量可以减 rGO 或石墨烯纳米片的量[68]。常用还原剂通常为水合肼还包括硫化钠，葡萄糖和尿素等。出于毒性和绿色环保的角度考虑，葡萄糖优于合肼[69]。然后将上述混合物放在 90±10℃磁力搅拌下连续回流 24-48 小时，离心用去离子水和无水乙醇洗涤去除杂质，在 60℃下干燥 48 小时获得的纳米复合材料这种复合方法的优点是能够保持氢氧化物层内阳离子的电荷密度。然而，为了同沉淀 M2+和 M3+而不产生 M(OH)2杂质，在合成过程中必须严格控制 pH[70]。由于化过程的不同，获得的 LDH 微晶尺寸难以控制[71]。(2)一锅水热法 水热合成法，也称为尿素水解法，也用于合成 GO/LDH 纳米合材料。该方法是将尿素与盐溶液混合在一起，然后加入 GO 进行超声。将所得
【参考文献】：
期刊论文
[1]完全不使用贵金属催化剂的聚合物电解质燃料电池[J]. 庄林. 中国基础科学. 2009(06)
本文编号：3227983
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)锌空电池(左)和水裂解装置(右)，(b)HER和OER的极化曲线
F 是法拉第常数(96485 C/mol)，2On 是产生的氧分子数量，I 是施加的电流，t 是反应经历的时间。TOF 对于估计内在 OER 电催化剂的活性至关重要。TOF 可以用等式(5)进行计算。nFJSTOF4 (5)其中，J 是确定电位对应的电流密度，S 是工作电极的面积，n 是活性位点的数量。1.3.2 ORR 简介在典型的 H2-O2燃料电池中，阳极和阴极是通过电解质和半透膜隔开的。根据电解质的酸碱性和膜类型的不同，H2-O2燃料电池大致可以分为质子交换膜燃料电池(PEMFC)[8]和碱性燃料电池(AFC)[9,10]。在阳极，H2分子经过氢气氧化反应(HOR)产生 e-，而在阴极，O2分子通过 ORR 接受在阳极产生的 e-。阴极上的 ORR 反应动力学与 HOR 的快速动力学相比约慢 6 倍，这导致高的过电位和 H2-O2燃料电池能效过低。
图 1.3 GO 与 LDH 的三明治结构示意图。Fig. 1.3 Schematic of the sandwich arrangement of LDHs and GO.(1)共沉淀法 共沉淀法是一种在合成各种 LDH 及其新型碳复合材料(CNT/LDH 和 GO/LDH)过程中广泛使用的方法[64-66]。图 1.3[67]展示了 LDH 复合物形成原理。首先，石墨烯纳米片或 GO 分散在去离子水中进行超声处理，在控制 和在剧烈搅拌的条件下向其中加入金属盐溶液。通过减少盐的使用量来调节 pH 值而通过减少 GO 的量可以减 rGO 或石墨烯纳米片的量[68]。常用还原剂通常为水合肼还包括硫化钠，葡萄糖和尿素等。出于毒性和绿色环保的角度考虑，葡萄糖优于合肼[69]。然后将上述混合物放在 90±10℃磁力搅拌下连续回流 24-48 小时，离心用去离子水和无水乙醇洗涤去除杂质，在 60℃下干燥 48 小时获得的纳米复合材料这种复合方法的优点是能够保持氢氧化物层内阳离子的电荷密度。然而，为了同沉淀 M2+和 M3+而不产生 M(OH)2杂质，在合成过程中必须严格控制 pH[70]。由于化过程的不同，获得的 LDH 微晶尺寸难以控制[71]。(2)一锅水热法 水热合成法，也称为尿素水解法，也用于合成 GO/LDH 纳米合材料。该方法是将尿素与盐溶液混合在一起，然后加入 GO 进行超声。将所得
【参考文献】：
期刊论文
[1]完全不使用贵金属催化剂的聚合物电解质燃料电池[J]. 庄林. 中国基础科学. 2009(06)
本文编号：3227983
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