界面耦合及掺杂型镍基催化剂的设计及其电催化析氧性能研究

发布时间：2022-07-02 16:04

　　水解制氢被认为是能够满足未来能源需求的有效方法之一。其中在电催化水分解过程中,析氧反应（OER）是多步电子转移的过程,需要高效的电催化剂来提高反应的动力。廉价、高效和地球含量丰富的镍基化合物材料作为催化剂用于OER展现出良好的催化活性。构造异质界面是常用提高催化剂催化活性的有效方法之一。通常,具有丰富界面作为活性位点的异质结构催化剂将促进反应过程中的电荷分离和电子转移,这对改善电催化活性具有重要作用。此外,可以利用掺杂杂原子改变活性金属物种周围的化学环境来调节催化剂的电子结构和表面的电子状态来促进催化活性。而且多元素原子共同掺杂一般比单原子掺杂会有更好的OER催化性能。目前已有研究表明,一些非晶态或部分非晶态的催化剂的催化活性要优于晶态的催化剂。所以制备非晶多元掺杂材料作为催化剂是一种提高催化剂催化活性的方法。本论文以镍基催化材料为对象,通过构筑异质界面结构和非晶多元掺杂策略,实现电催化析氧性能的高效调控。具体的研究方法和内容如下:（1）通过两步合成法合成了负载在三氧化二铬（Cr₂O₃）纳米片上的氧化镍（NiO）纳米团簇形成了一种新型的NiO... 

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摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 研究背景和意义
    1.2 析氧反应机理简介
    1.3 镍基析氧反应催化剂的研究进展简介
        1.3.1 镍基氧化物析氧反应催化剂
        1.3.2 镍基氢/羟基氧化物析氧反应催化剂
        1.3.3 镍基磷化物析氧反应催化剂
        1.3.4 镍基硼化物析氧反应催化剂
    1.4 提高催化剂催化性能方法
        1.4.1 催化剂表界面优化
        1.4.2 杂原子掺杂
        1.4.3 非晶调控
    1.5 论文的选题意义和研究内容
第2章 实验研究方法
    2.1 实验试剂和化学药品
    2.2 实验仪器设备
    2.3 表征方法
        2.3.1 X射线衍射仪(XRD)
        2.3.2 透射电子显微镜
        2.3.3 场发射扫描电镜(SEM)
        2.3.4 X射线光电子能谱仪(XPS)
        2.3.5 比表面积分析(BET)
        2.3.6 拉曼及原位拉曼
    2.4 电化学OER性能测试
        2.4.1 电化学三电极测试装置
        2.4.2 电催化剂分散液的制备
        2.4.3 线性扫描伏安法(LSV)测试
        2.4.4 塔菲尔(Tafel)斜率
        2.4.5 电化学阻抗(EIS)
        2.4.6 稳定性测试
        2.4.7 电化学活性表面积(ECSA)
        2.4.8 质量活性和比表面活性
    2.5 理论计算
第3章 NiO-Cr_2O_3异质结构的耦合界面构筑及其高效电催化析氧性能研究
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 NiO-Cr_2O_3催化剂的制备
        3.2.2 Cr_2O_3催化剂的制备
        3.2.3 NiO催化剂的制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 NiO-Cr_2O_3催化剂的表征
        3.3.2 电化学OER性能测试
        3.3.3 理论计算
    3.4 小结
第4章 硼、磷和氧掺杂非晶镍纳米合金的制备及其高效电催化析氧性能研究
    4.1 前言
    4.2 实验部分
        4.2.1 BO-Ni催化剂的制备
        4.2.2 PO-Ni催化剂的制备
        4.2.3 BPO-Ni催化剂的制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 催化剂的表征
        4.3.2 电化学OER性能测试
    4.4 小结
第5章 结论
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及参加科研情况



本文编号：3654662