钯基纳米材料的电子结构调变与电催化性能研究
发布时间：2021-06-22 07:31
以醇氧化、氧气还原（ORR）、氧气析出（OER）为代表的能源电催化是燃料电池、金属空气电池等下一代清洁高效能源系统的核心技术,也是关键瓶颈。但这些反应涉及多步质子耦合的电子转移过程,过电势很大,因而能量效率受限。目前,大量的研究工作集中在催化材料的开发研究上,Pd作为Pt族金属的一种,因具有来源相对丰富、价廉和较高的稳定性等优点而受到广泛关注。然而与Pt相比,其催化活性仍需进一步提高。催化剂的本征活性与它们的电子结构密切相关,因此可以通过调控Pd基催化剂的电子结构,优化催化剂表面组成和表面结构,从而促进Pd基催化剂的电催化性能。本论文以Pd基催化剂为研究对象,在常规制备方法基础上探索更为简便、可控的Pd基催化材料的制备方法,通过间接或者直接途径引入缺陷、形成异质结构或合金、掺杂形成晶格失配等策略,调控Pd基催化剂的表面结构、表面组成和电子结构,实现了对Pd基催化材料电催化性能的显著提升。主要研究内容如下:1、采用简单便捷的湿化学还原合成方法制备了金属Pd Co前躯体,Pd Co前躯体经原位退火处理后,前躯体金属Pd Co中Co被氧化成Co Ox,部分Pd被氧化成Pd O,生成含金属Pd...
【文章来源】：山西师范大学山西省
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
纳米催化中的表界面[7]
绪论3YiXie等人提出通过尺寸限制、异原子掺杂、表面重建、界面调制和缺陷等表面化学改性策略可以调变材料的物理和化学性质，优化材料的自旋构型、电导率、催化活性位点暴露和反应能垒（图1-2）[8]。在尺寸受限的原子级厚度下，更多的表界面原子作为活性位点暴露，这为应用表面结合和缺陷工程提供了理想的平台，随后产生更多的催化活性位点和更好的吸附自由能以改善催化活性。此外，调节电极材料的界面特性，例如表面应变、接触面积和桥接键，可以优化电子转移能力和反应动力学过程。另一方面，一旦暴露在氧化电位下的强碱性溶液中，电极材料的真实活性层（如过渡金属硫化物，氮化物和磷化物）可以通过表面重建策略激活，实现独特的核-壳结构内部具有高导电性电子传递通道，外部具有高活性催化位点，从而用于高效电催化。图1-2通过表/界面工程调节调节电化学反应参数示意图[8]。Figure1-2Schematicdiagramofadjustingtheparametersofelectrochemicalreactionbyinterfaceengineeringregulation[8].催化材料的电子结构可以通过多种途径进行有效的调控。例如我们可以在纳米催化剂的制备过程中进行修饰，使材料晶体在生长的过程中形成晶界、缺陷或者形成异质结
山西师范大学博士学位论文6图1-4PdCuCo-AS[100]面的HRTEM图像(A-C)；PdCu-AS的HRTEM图(D)；PdCu-AS和v-PdCuCo-AS近似晶体结构(E,F)；V-PdCuCo-AS[232]和[100]面的缺陷位晶体结构视图(G,H)；Co嵌入PdCu-AS(I)和v-PdCuCo-AS(J)的表面电荷密度[16]。Figure1-4HRTEMimageofatypicalbranchofthePdCuCo-ASfromthe[100]direction,(A-C);ThecorrespondingenlargedHAADFimages;HRTEMimageofatypicalbranchofthePdCu-AS,(D);TheinsetisthecorrespondingHRTEMimage;TheapproximatePdCu-AS/v-PdCuCo-AScrystalstructure(E,F)from[100]withPdingrayness,Cuinblue,andCoinsoftblueandthehollowdefectsitesofthev-PdCuCo-ASfrom[232]and[100]perspectivesviewofthecrystalstructure,(G,H);ThesurfacechargedensityoftheCoembeddedPdCu-AS,(I)andthevacancyinv-PdCuCo-AS(J)[16].图1-5β-FeOOH-BiVO4光阳极载流子迁移图示[17]。Figure1-5Illustrationofthechargetransferonβ-FeOOH/BiVO4photoanode[17].
【参考文献】：
期刊论文
[1]Single-atom heterogeneous catalysts based on distinct carbon nitride scaffolds[J]. Zupeng Chen,Evgeniya Vorobyeva,Sharon Mitchell,Edvin Fako,Nuúria López,Sean M.Collins,Rowan K.Leary,Paul A.Midgley,RolAND Hauert,Javier Pérez-Ramírez. National Science Review. 2018(05)
本文编号：3242424
【文章来源】：山西师范大学山西省
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
纳米催化中的表界面[7]
绪论3YiXie等人提出通过尺寸限制、异原子掺杂、表面重建、界面调制和缺陷等表面化学改性策略可以调变材料的物理和化学性质，优化材料的自旋构型、电导率、催化活性位点暴露和反应能垒（图1-2）[8]。在尺寸受限的原子级厚度下，更多的表界面原子作为活性位点暴露，这为应用表面结合和缺陷工程提供了理想的平台，随后产生更多的催化活性位点和更好的吸附自由能以改善催化活性。此外，调节电极材料的界面特性，例如表面应变、接触面积和桥接键，可以优化电子转移能力和反应动力学过程。另一方面，一旦暴露在氧化电位下的强碱性溶液中，电极材料的真实活性层（如过渡金属硫化物，氮化物和磷化物）可以通过表面重建策略激活，实现独特的核-壳结构内部具有高导电性电子传递通道，外部具有高活性催化位点，从而用于高效电催化。图1-2通过表/界面工程调节调节电化学反应参数示意图[8]。Figure1-2Schematicdiagramofadjustingtheparametersofelectrochemicalreactionbyinterfaceengineeringregulation[8].催化材料的电子结构可以通过多种途径进行有效的调控。例如我们可以在纳米催化剂的制备过程中进行修饰，使材料晶体在生长的过程中形成晶界、缺陷或者形成异质结
山西师范大学博士学位论文6图1-4PdCuCo-AS[100]面的HRTEM图像(A-C)；PdCu-AS的HRTEM图(D)；PdCu-AS和v-PdCuCo-AS近似晶体结构(E,F)；V-PdCuCo-AS[232]和[100]面的缺陷位晶体结构视图(G,H)；Co嵌入PdCu-AS(I)和v-PdCuCo-AS(J)的表面电荷密度[16]。Figure1-4HRTEMimageofatypicalbranchofthePdCuCo-ASfromthe[100]direction,(A-C);ThecorrespondingenlargedHAADFimages;HRTEMimageofatypicalbranchofthePdCu-AS,(D);TheinsetisthecorrespondingHRTEMimage;TheapproximatePdCu-AS/v-PdCuCo-AScrystalstructure(E,F)from[100]withPdingrayness,Cuinblue,andCoinsoftblueandthehollowdefectsitesofthev-PdCuCo-ASfrom[232]and[100]perspectivesviewofthecrystalstructure,(G,H);ThesurfacechargedensityoftheCoembeddedPdCu-AS,(I)andthevacancyinv-PdCuCo-AS(J)[16].图1-5β-FeOOH-BiVO4光阳极载流子迁移图示[17]。Figure1-5Illustrationofthechargetransferonβ-FeOOH/BiVO4photoanode[17].
【参考文献】：
期刊论文
[1]Single-atom heterogeneous catalysts based on distinct carbon nitride scaffolds[J]. Zupeng Chen,Evgeniya Vorobyeva,Sharon Mitchell,Edvin Fako,Nuúria López,Sean M.Collins,Rowan K.Leary,Paul A.Midgley,RolAND Hauert,Javier Pérez-Ramírez. National Science Review. 2018(05)
本文编号：3242424
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