氧缺陷和过渡金属掺杂NiFe LDH氧析出反应实验与理论的研究
发布时间：2021-07-07 11:31
氧析出反应（OER）在电解水工业和可充电金属-空气电池领域具有重要的应用价值。镍铁水滑石（NiFe LDH）作为优异的碱性体系OER催化剂得到了广泛的研究。如何进一步提高NiFe LDH本征催化性能,并从理论上深入揭示NiFe LDH材料的催化机制尤为重要。本文首先在实验上开发出了一种简单高效氧缺陷NiFe LDH（Ov-NiFe LDH）的制备方法,利用NaBH4微还原的方式可控的将氧缺陷引入到NiFe LDH中,保持催化剂阵列结构的同时,达到了 10mA/cm2的电流密度下200 mV的过电位的催化效果。运用密度泛函理论（Density Functional Theory,DFT）进一步理解Ov-NiFe LDH的催化机制,发现氧缺陷的存在能够提升Ni-Fe桥位催化中心的电子云密度,调控活性中心的价态,使得OER过程的决速步（Potential-Determining Step）过电势大大降低。结合实验上的线索,为了深入探究氧缺陷的提高NiFe LDH催化性能的机制,我们构建了 Ov-NiFe LDH结构模型。通过对比氧缺陷Ni位点,氧缺陷Fe位点和传统Fe位点OER过程的Gibb...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１开发高效多金属ＯＥＲ催化剂的策略ｔ％
ａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＮｉＦｅ?ＬＤＨ／ＣＮＴｓ［３４］．??Ｓａｓｈｉ［３５］等在ＮｉＦｅ?ＬＤＨ材料的而基础上，通过剥层制备了?ＬＤＨ单片成的ＯＥＲ催??化剂材料，单片层的ＬＤＨ为正电荷态。作者通过在体系中引入负电荷的ｒＧＯ，依靠??电荷间相互作用力，混合制备除了?ＮｉＦｅＬＤＨ－ｒＧＯ超晶格复合催化剂材料。??Ｇｒａｐｈｅｎｅ?Ｇ?＋?Ｈ??＾?＾?ｍ??ＬＤＨ?ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ?Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｌｃ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ?Ｗａｔｅｒ?ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ??图１－４?ＮｉＦｅ?ＬＤＨ－ｒＧＯ合成路线示意图间。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｈｅｔｅｒｏ－ｓａａｅｍｂｌｉｎｇ?ＮｉＦｅ?ＬＤＨ－ｒＧＯ［３５］．??单片层的催化剂ＬＤＨ纳米片和导电石墨烯分子中超晶格结构的协同作用获得了??碱性条件下０．２１?Ｖ的ＯＥＲ过电位。并且经过电解水器件化测试，该催化剂仅需要１．５??Ｖ的单电池驱动即可实现高效，长久电解水反应。这种新型分子级别超晶格复合策略，??为开发耐久，高效的双功能催化剂提供了新的思路。除了基于ＮｉＦｅ?ＬＤＨ催化剂复合??材料的制备，５１１１１１３６］等利用水热液相反应在泡沫镍基底上构筑了?３Ｄ骨架ＮｉＦｅＬＤＨ阵??列结构，经过测试表征，得知ＮｉＦｅ?ＬＤＨ阵列特殊的结构促使ＯＥＲ过程展现出较高的??６??
学硕士学位论文???Ｃｈｉｒｇ＾ｉ０ｓｐｃ＞ｒｔ?Ｂｉｉｆｆｉｒ?ｆｏｒ?ｖｏｌｙｍｉ?ｔｈｍｍ??ｆ?Ｓ＝??图ｌ－６Ｎｉ（ＯＨ）２纳米网结构优势图［３９］。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ａｄｖａｎｔａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｎｉ（ＯＨ）２?ｎａｎｏｍｅｓｈ【３９】．??针对在水滑石电催化剂中引入缺陷的方法学上，＼＾叫［４（）］等利用等离子照射处理??ＣｏＦｅＬＤＨ成功地实现缺陷引入和水滑石剥层两种处理效果（图１－７）。等离子体在可是??水滑石纳米片的过程中，高能量的粒子营造了包括０，?Ｆｅ，Ｃｏ在内的多种原子级缺??陷。有趣的是，等离子体也同时减弱甚至消除了水滑石层板间的静电相互作用，使得??超声处理之后成功剥离了水滑石层板。脱落的超薄ＣｏＦｅＬＤＨ纳米片具有多样的活性??边缘为点，在电化学测试中变现了良好的０ＥＲ性能。??ｒ——￣￣ｎ?＊：＊：？：＊：＊：＊：？；＊??＾?Ｋｋｃｌｒａｄｅ?＾?ｌ?＊：？：＊：＊：？：？：＊：？?：?Ｉ?；?：?：?＊?＾Ｖｆ??Ｒｅａｃｔｏｒ??ｆｔｏ??ｈ＿、〇ｄｂｄｖｗ?ｊ０ａｉｉｒ￣?？?〇???Ｔ??ｒ，??＝?３Ｓｆｅ??Ｐｍ．ｔｏＣｏＦ．ＬＤＨ?ｍＳＳＳＳＴ??图１－７水等离子体剥离ＣｏＦｅＬＤＨ纳米片的示意图Ｍ］。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－７?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｗａｔｅｒ?ｐｌａｓｍａ?ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ?ｏｆ?ＣｏＦｅ?ＬＤＨ?ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ［４０ｌ??等离子体的刻蚀造缺陷的作用在水滑石材料上显现出了优越的便捷性和可靠性，??基于不同的等离
本文编号：3269554
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１开发高效多金属ＯＥＲ催化剂的策略ｔ％
ａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＮｉＦｅ?ＬＤＨ／ＣＮＴｓ［３４］．??Ｓａｓｈｉ［３５］等在ＮｉＦｅ?ＬＤＨ材料的而基础上，通过剥层制备了?ＬＤＨ单片成的ＯＥＲ催??化剂材料，单片层的ＬＤＨ为正电荷态。作者通过在体系中引入负电荷的ｒＧＯ，依靠??电荷间相互作用力，混合制备除了?ＮｉＦｅＬＤＨ－ｒＧＯ超晶格复合催化剂材料。??Ｇｒａｐｈｅｎｅ?Ｇ?＋?Ｈ??＾?＾?ｍ??ＬＤＨ?ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ?Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｌｃ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ?Ｗａｔｅｒ?ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ??图１－４?ＮｉＦｅ?ＬＤＨ－ｒＧＯ合成路线示意图间。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｈｅｔｅｒｏ－ｓａａｅｍｂｌｉｎｇ?ＮｉＦｅ?ＬＤＨ－ｒＧＯ［３５］．??单片层的催化剂ＬＤＨ纳米片和导电石墨烯分子中超晶格结构的协同作用获得了??碱性条件下０．２１?Ｖ的ＯＥＲ过电位。并且经过电解水器件化测试，该催化剂仅需要１．５??Ｖ的单电池驱动即可实现高效，长久电解水反应。这种新型分子级别超晶格复合策略，??为开发耐久，高效的双功能催化剂提供了新的思路。除了基于ＮｉＦｅ?ＬＤＨ催化剂复合??材料的制备，５１１１１１３６］等利用水热液相反应在泡沫镍基底上构筑了?３Ｄ骨架ＮｉＦｅＬＤＨ阵??列结构，经过测试表征，得知ＮｉＦｅ?ＬＤＨ阵列特殊的结构促使ＯＥＲ过程展现出较高的??６??
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