三维有序多级孔道镍钴合金的制备及电催化析氧性能研究
发布时间：2021-09-06 21:36
由于能源危机和环境问题,电解水作为一种清洁高效的制氢技术而受到越来越多的关注。电解水的整体效率取决于阳极的析氧反应（OER）。目前,具有良好的OER催化性能的贵金属Ru和Ir基催化剂储量稀少且稳定性差,因而在地壳中储量丰富的过渡金属（如Ni、Co、Fe）具有较高的稳定性和活性而成为潜在的替代品。本文以双模板和化学沉积法制备了三维有序大孔介孔Ni（3DOM/m Ni）并研究其电催化OER性能。然后拓展到Ni-Co合金,并从Ni-Co 比例和孔道结构两个方面探讨了对OER性能的影响。下面是本文的主要结果:1)本文分别以PMMA和表面活性剂Brij 58作为大孔和介孔模板制备了大孔介孔Ni,并在1.0 M KOH溶液中研究了其OER性能。大孔模板PMMA的尺寸为340 nm,以此为模板制备的3DOM/m Ni具有互相连通的分层次多孔结构,大孔尺寸为340 nm,与模板PMMA大小相同。介孔的尺寸范围是3-5 nm。将3DOM/m Ni用于OER性能研究时展现出比商业RuO2更好的性能。2)为了进一步提高3DOM/m Ni的性能,本文引入第二种过渡金属Co,采用同样的方法制备了六个比例的镍钴合...
【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】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＯＥＲ的反应示意图和自由能??Ｆｉｇ．?１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｏｘｙｇｅｎ?ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｆｒｅｅ?ｅｎｅｒｇｙ??
围内??（０－１４）实现了高性能的整体电解水，在ｌＯｍＡｃｍ－２下的电位仅为１．４５?Ｖ?（ｐＨ?＝?０）??或１．４７?Ｖ?（ｐＨ?＝?１４）。另外，还可以通过减少Ｒｕ０２和Ｉｒ０２的负载量并将其涂覆在导??电基底上来提高催化剂的分散性。??３?Ｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇ?Ｅｔｅｈｉｎｇ?ＲｕｌｒＺｎＯｗ?Ｈｏｌｉｎｇ?ＲｕｌｌＯｘ??胸?？丨一???＾?二：二?￣—??奪霉：？每??幸?Ｚｎ?＾?Ｒｕ?ｊｐ?ｉｒ?＾?２－Ｍ０ｔｎｙｉｉｍｉａａｚｏｉ０??翻爾通ｓ??图１－２?（ａ）?ＲｕＩｒＺｎＯｘ纳米笼催化剂的合成示意图，（ｂ－ｃ）催化剂的ＴＥＭ图，插图：局部结构??的放大图，（ｄ）?ＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ图像和ＥＤＸ元素映射［２７］??Ｆｉｇ．?１－２?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ＲｕＩｒＺｎＯｘ?ｎａｎｏ－ｎｅｔｃａｇｅ?ｃａｔａｌｙｓｔ，?（ｂ－ｃ）?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ＲｕＩｒＺｎＯｘ，?ｉｎｓｅｔ：??ｍａｇｎｉｆｉｅｄ?ｉｍａｇｅｓ，?（ｄ）?ＡＣ?ＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ?ｉｍａｇｅ?ａｎｄ?ＥＤＸ?ｅｌｅｍｅｎｔａｌ?ｍａｐｐｉｎｇ??１．４．２过渡金属基催化剂??过渡金属Ｍ、Ｃｏ、Ｆｅ等具有成本低廉和储量丰富等特点而有望成为贵金属基催??化剂的替代品。常见的过渡金属基催化剂有过渡金属氧化物、氢氧化物、磷化物、硫??化物和氮化物等［２８？］。目前过渡金属基氧化物因在碱性电解液中展现出良好的电催化??活性和稳定性而被广泛报道。如Ｌｙｏｎｓ组发现电沉积的ＮｉＯ膜的电化学老化会增??加活性相的表面浓度，从而使ＯＥＲ的催化活性提高了?１０倍以上。文献中己经报道了??很多种制备过渡
中还原得到金属纳米颗??粒修饰的ＳＦＮＭ，该催化剂在电流密度为１０?ｍＡｃｍ＇２时显示出０．３６?Ｖ的ＯＥＲ过电位??和?５９?ｍＶ?ｄｅｃ—１?的?Ｔａｆｅｌ?斜率。该性能要优于?Ｂａ〇．５ＳｒＧ．５Ｃｏａ８Ｆｅ〇．２〇３－ｓ?（ＢＳＣＦ），且接近??于商用Ｉｒ〇２催化剂。这种出色的ＯＥＲ性能可归因于氧空位以及钙钛矿主链上溶解的??Ｆｅ－Ｎｉ合金纳米颗粒。??ｂ?？零擎？嫌??°?ＯＨ?ＯＨ??二??２ＡＢＤＢＨＢＳＨｉ?▲??Ｓｕｂｓｔｆ＾＇?ｐ＊ｒｏｖ＊ｋｉｔ＊??图１－３?Ｕ）以氧气为基础的电化学存能和转换技术，（ｂ）钙钛矿结构，（ｃ）钙钛矿／碳复合材??料中碳在ＯＲＲ／ＯＥＲ中的主要功能示意图［３８）??Ｆｉｇ．?１－３?（ａ）?Ｏｘｙｇｅｎ－ｂａｓｅｄ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ?ａｂｏｕｔ?ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔｏｒａｇｅ?ａｎｄ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，?（ｂ）??Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，?（ｃ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｍａｉｎ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ／ｃａｒｂｏｎ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ??ｆｏｒ?ＯＲＲ／ＯＥＲ??１．４．４尖晶石结构材料??尖晶石型氧化物一般表现为立方对称结构，其结构通式为ＡＢ２Ｘ４，其中Ａ和Ｂ??通常由第二、三主族元素以及第一行过渡金属元素组成，具有多种价态形式。其中Ａ??价态多为＋２和＋４，Ｂ多为＋２和＋３价，Ｘ多为－２价。目前Ｃｏ基尖晶石结构材料作为??高效稳定的ＯＥＲ催化剂而受到广泛研宄。如Ｚｈａｎｇ组［４２］通过静电纺丝技术制备了一??维尖晶石Ｃ〇Ｆｅ２０４纳米纤
【参考文献】：
期刊论文
[1]Bimetallic Nickel Cobalt Sulfide as E cient Electrocatalyst for Zn–Air Battery and Water Splitting[J]. Jingyan Zhang,Xiaowan Bai,Tongtong Wang,Wen Xiao,Pinxian Xi,Jinlan Wang,Daqiang Gao,John Wang. Nano-Micro Letters. 2019(01)
本文编号：3388211
【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】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＯＥＲ的反应示意图和自由能??Ｆｉｇ．?１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｏｘｙｇｅｎ?ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｆｒｅｅ?ｅｎｅｒｇｙ??
围内??（０－１４）实现了高性能的整体电解水，在ｌＯｍＡｃｍ－２下的电位仅为１．４５?Ｖ?（ｐＨ?＝?０）??或１．４７?Ｖ?（ｐＨ?＝?１４）。另外，还可以通过减少Ｒｕ０２和Ｉｒ０２的负载量并将其涂覆在导??电基底上来提高催化剂的分散性。??３?Ｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇ?Ｅｔｅｈｉｎｇ?ＲｕｌｒＺｎＯｗ?Ｈｏｌｉｎｇ?ＲｕｌｌＯｘ??胸?？丨一???＾?二：二?￣—??奪霉：？每??幸?Ｚｎ?＾?Ｒｕ?ｊｐ?ｉｒ?＾?２－Ｍ０ｔｎｙｉｉｍｉａａｚｏｉ０??翻爾通ｓ??图１－２?（ａ）?ＲｕＩｒＺｎＯｘ纳米笼催化剂的合成示意图，（ｂ－ｃ）催化剂的ＴＥＭ图，插图：局部结构??的放大图，（ｄ）?ＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ图像和ＥＤＸ元素映射［２７］??Ｆｉｇ．?１－２?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ＲｕＩｒＺｎＯｘ?ｎａｎｏ－ｎｅｔｃａｇｅ?ｃａｔａｌｙｓｔ，?（ｂ－ｃ）?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ＲｕＩｒＺｎＯｘ，?ｉｎｓｅｔ：??ｍａｇｎｉｆｉｅｄ?ｉｍａｇｅｓ，?（ｄ）?ＡＣ?ＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ?ｉｍａｇｅ?ａｎｄ?ＥＤＸ?ｅｌｅｍｅｎｔａｌ?ｍａｐｐｉｎｇ??１．４．２过渡金属基催化剂??过渡金属Ｍ、Ｃｏ、Ｆｅ等具有成本低廉和储量丰富等特点而有望成为贵金属基催??化剂的替代品。常见的过渡金属基催化剂有过渡金属氧化物、氢氧化物、磷化物、硫??化物和氮化物等［２８？］。目前过渡金属基氧化物因在碱性电解液中展现出良好的电催化??活性和稳定性而被广泛报道。如Ｌｙｏｎｓ组发现电沉积的ＮｉＯ膜的电化学老化会增??加活性相的表面浓度，从而使ＯＥＲ的催化活性提高了?１０倍以上。文献中己经报道了??很多种制备过渡
中还原得到金属纳米颗??粒修饰的ＳＦＮＭ，该催化剂在电流密度为１０?ｍＡｃｍ＇２时显示出０．３６?Ｖ的ＯＥＲ过电位??和?５９?ｍＶ?ｄｅｃ—１?的?Ｔａｆｅｌ?斜率。该性能要优于?Ｂａ〇．５ＳｒＧ．５Ｃｏａ８Ｆｅ〇．２〇３－ｓ?（ＢＳＣＦ），且接近??于商用Ｉｒ〇２催化剂。这种出色的ＯＥＲ性能可归因于氧空位以及钙钛矿主链上溶解的??Ｆｅ－Ｎｉ合金纳米颗粒。??ｂ?？零擎？嫌??°?ＯＨ?ＯＨ??二??２ＡＢＤＢＨＢＳＨｉ?▲??Ｓｕｂｓｔｆ＾＇?ｐ＊ｒｏｖ＊ｋｉｔ＊??图１－３?Ｕ）以氧气为基础的电化学存能和转换技术，（ｂ）钙钛矿结构，（ｃ）钙钛矿／碳复合材??料中碳在ＯＲＲ／ＯＥＲ中的主要功能示意图［３８）??Ｆｉｇ．?１－３?（ａ）?Ｏｘｙｇｅｎ－ｂａｓｅｄ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ?ａｂｏｕｔ?ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔｏｒａｇｅ?ａｎｄ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，?（ｂ）??Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，?（ｃ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｍａｉｎ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ／ｃａｒｂｏｎ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ??ｆｏｒ?ＯＲＲ／ＯＥＲ??１．４．４尖晶石结构材料??尖晶石型氧化物一般表现为立方对称结构，其结构通式为ＡＢ２Ｘ４，其中Ａ和Ｂ??通常由第二、三主族元素以及第一行过渡金属元素组成，具有多种价态形式。其中Ａ??价态多为＋２和＋４，Ｂ多为＋２和＋３价，Ｘ多为－２价。目前Ｃｏ基尖晶石结构材料作为??高效稳定的ＯＥＲ催化剂而受到广泛研宄。如Ｚｈａｎｇ组［４２］通过静电纺丝技术制备了一??维尖晶石Ｃ〇Ｆｅ２０４纳米纤
【参考文献】：
期刊论文
[1]Bimetallic Nickel Cobalt Sulfide as E cient Electrocatalyst for Zn–Air Battery and Water Splitting[J]. Jingyan Zhang,Xiaowan Bai,Tongtong Wang,Wen Xiao,Pinxian Xi,Jinlan Wang,Daqiang Gao,John Wang. Nano-Micro Letters. 2019(01)
本文编号：3388211
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3388211.html
