镍基高效电催化材料的制备及其分解水性能研究
发布时间：2023-03-03 23:53
自从工业革命开始以来,人类正以前所未有的规模和速度消耗煤炭、石油和天然气等传统化石燃料以满足世界经济快速增长的能源需求。然而,过度的能源消耗导致了一系列的环境问题,如二氧化碳含量增加、大气污染和全球气候变暖等,这些不可忽视的问题严重限制了人类社会的可持续发展。因为可以仅使用可再生电力作为动力来源将地球上储量丰富的水资源转换为清洁能源,电催化分解水(HER和OER)被认为是一种极具发展潜力和应用市场的方法。作为电催化研究领域的热点材料之一,镍基电催化剂(如NiS2和NiFe-LDH)因其高效的分解水性能而受到了广泛的关注,但是它们的大规模应用却受到了较高过电势和较差稳定性的限制。本论文立足于当前能源挑战与环境问题,通过合理设计一系列实验以降低镍基电催化剂的过电势和提高稳定性等,并结合密度泛函理论(DFT)计算深入系统地研究反应机理,以期为制备高效的镍基电催化剂提供实验支持与理论指导。主要研究内容如下:1.通过采用原位化学气相沉积(CVD)法成功制备了镍钼双金属硫化物复合纳米线(NiS2/MoS2 HNW)并将该复合材料应用...
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 电催化分解水的原理与分类
1.2.1 电催化析氧反应
1.2.2 电催化析氢反应
1.3 电催化分解水性能的评价指标
1.3.1 电极总活性
1.3.2 过电势
1.3.3 起始电位
1.3.4 塔菲尔斜率
1.3.5 稳定性
1.3.6 法拉第效率
1.3.7 转换频率
1.4 镍基材料的分类与制备
1.4.1 镍单原子
1.4.2 镍合金
1.4.3 镍的氧化/氢氧化物
1.4.4 镍的碳氮化合物
1.4.5 镍的硫族化合物
1.4.6 镍双金属层状氢氧化物
1.4.7 泡沫镍/镍片
1.5 镍基材料的电催化分解水应用
1.5.1 析氧电催化剂
1.5.1.1 镍双金属层状氢氧化物
1.5.1.2 氧化镍/氢氧化镍
1.5.1.3 硫化镍
1.5.1.4 硒化镍
1.5.1.5 镍基MOF
1.5.2 析氢电催化剂
1.5.2.1 镍基合金
1.5.2.2 硫化镍
1.5.2.3 磷化镍
1.5.2.4 镍基MOF
1.5.3 全解水电催化剂
1.5.3.1 镍基合金双功能材料
1.5.3.2 氧化镍双功能材料
1.5.3.3 硫化镍双功能材料
1.5.3.4 磷化镍双功能材料
1.5.3.5 氮化镍双功能材料
1.5.3.6 泡沫镍双功能材料
1.5.3.7 镍基MOF双功能材料
1.6 论文选题思路及主要研究内容
第二章 原位制备Ni/Mo双金属硫化物及其广泛pH电催化析氢性能研究
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 样品制备
2.2.1.1 材料与试剂
2.2.1.2 NiS2/MoS2 HNW的制备
2.2.1.3 NiS2和MoS2 的制备
2.2.2 材料表征
2.2.3 电极制备
2.2.4 电化学性能测试
2.2.5 电化学活性位点测量
2.2.6 稳定性测试后表征
2.2.7 密度泛函理论计算
2.3 结果与讨论
2.3.1 物相结构表征
2.3.2 化学成分分析
2.3.3 碱性溶液析氢性能评价
2.3.4 酸性溶液析氢性能评价
2.3.5 中性溶液析氢性能评价
2.3.6 析氢机理研究
2.4 本章小结
第三章 0D/3D MoS2-NiS2/氮掺杂石墨烯泡沫复合材料及其全解水性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 样品制备
3.2.1.1 材料与试剂
3.2.1.2 MoO2-Ni(OH)2/NGF的制备
3.2.1.3 MoS2-NiS2/NGF的制备
3.2.1.4 MoS2/NGF和 NiS2/NGF的制备
3.2.1.5 MoS2-NiS2/rGO和 MoS2-NiS2+NGF的制备
3.2.2 材料表征
3.2.3 电极制备
3.2.4 电化学性能测试
3.2.5 电化学活性位点测量
3.3 结果与讨论
3.3.1 样品制备与形貌
3.3.2 微观结构表征
3.3.3 物相成分分析
3.3.4 析氢性能评价
3.3.5 析氧性能评价
3.3.6 全解水性能评价
3.4 本章小结
第四章 三明治结构NiS2/V-MXene电催化析氢反应:理论与实验研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 计算方法
4.2.2 样品制备
4.2.2.1 材料与试剂
4.2.2.2 制备剥离的V-MXene
4.2.2.3 NiS2/V-MXene的制备
4.2.2.4 制备剥离的Ti-MXene
4.2.2.5 NiS2/Ti-MXene的制备
4.2.3 材料表征
4.2.4 电极制备
4.2.5 电化学性能测试
4.2.6 功函数测试
4.2.7 层间距和晶格参数计算
4.2.8 法拉第效率计算
4.2.9 转换频率和电流密度计算
4.3 结果与讨论
4.3.1 氢吸附自由能分析
4.3.2 功函数分析
4.3.3 差分电荷密度分析
4.3.4 MXene的形貌与表征
4.3.5 NiS2/MXene的形貌与表征
4.3.6 化学成分分析
4.3.7 析氢性能评价
4.4 本章小结
第五章 NiFe双金属层状氢氧化物/石墨炔及其增强的水氧化性能研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 样品制备
5.2.1.1 材料与试剂
5.2.1.2 GDY/NiFe-LDH的制备
5.2.1.3 RGO/NiFe-LDH和 CNT/NiFe-LDH的制备
5.2.2 材料表征
5.2.3 电极制备
5.2.4 电化学性能测试
5.2.5 稳定性测试后表征
5.2.6 密度泛函理论计算
5.3 结果与讨论
5.3.1 形貌结构表征
5.3.2 物相成分分析
5.3.3 析氧性能评价
5.3.4 析氧机理研究
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
致谢
附录 :博士期间已发表和待发表的学术论文
参考文献
本文编号：3753343
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 电催化分解水的原理与分类
1.2.1 电催化析氧反应
1.2.2 电催化析氢反应
1.3 电催化分解水性能的评价指标
1.3.1 电极总活性
1.3.2 过电势
1.3.3 起始电位
1.3.4 塔菲尔斜率
1.3.5 稳定性
1.3.6 法拉第效率
1.3.7 转换频率
1.4 镍基材料的分类与制备
1.4.1 镍单原子
1.4.2 镍合金
1.4.3 镍的氧化/氢氧化物
1.4.4 镍的碳氮化合物
1.4.5 镍的硫族化合物
1.4.6 镍双金属层状氢氧化物
1.4.7 泡沫镍/镍片
1.5 镍基材料的电催化分解水应用
1.5.1 析氧电催化剂
1.5.1.1 镍双金属层状氢氧化物
1.5.1.2 氧化镍/氢氧化镍
1.5.1.3 硫化镍
1.5.1.4 硒化镍
1.5.1.5 镍基MOF
1.5.2 析氢电催化剂
1.5.2.1 镍基合金
1.5.2.2 硫化镍
1.5.2.3 磷化镍
1.5.2.4 镍基MOF
1.5.3 全解水电催化剂
1.5.3.1 镍基合金双功能材料
1.5.3.2 氧化镍双功能材料
1.5.3.3 硫化镍双功能材料
1.5.3.4 磷化镍双功能材料
1.5.3.5 氮化镍双功能材料
1.5.3.6 泡沫镍双功能材料
1.5.3.7 镍基MOF双功能材料
1.6 论文选题思路及主要研究内容
第二章 原位制备Ni/Mo双金属硫化物及其广泛pH电催化析氢性能研究
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 样品制备
2.2.1.1 材料与试剂
2.2.1.2 NiS2/MoS2 HNW的制备
2.2.1.3 NiS2和MoS2 的制备
2.2.2 材料表征
2.2.3 电极制备
2.2.4 电化学性能测试
2.2.5 电化学活性位点测量
2.2.6 稳定性测试后表征
2.2.7 密度泛函理论计算
2.3 结果与讨论
2.3.1 物相结构表征
2.3.2 化学成分分析
2.3.3 碱性溶液析氢性能评价
2.3.4 酸性溶液析氢性能评价
2.3.5 中性溶液析氢性能评价
2.3.6 析氢机理研究
2.4 本章小结
第三章 0D/3D MoS2-NiS2/氮掺杂石墨烯泡沫复合材料及其全解水性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 样品制备
3.2.1.1 材料与试剂
3.2.1.2 MoO2-Ni(OH)2/NGF的制备
3.2.1.3 MoS2-NiS2/NGF的制备
3.2.1.4 MoS2/NGF和 NiS2/NGF的制备
3.2.1.5 MoS2-NiS2/rGO和 MoS2-NiS2+NGF的制备
3.2.2 材料表征
3.2.3 电极制备
3.2.4 电化学性能测试
3.2.5 电化学活性位点测量
3.3 结果与讨论
3.3.1 样品制备与形貌
3.3.2 微观结构表征
3.3.3 物相成分分析
3.3.4 析氢性能评价
3.3.5 析氧性能评价
3.3.6 全解水性能评价
3.4 本章小结
第四章 三明治结构NiS2/V-MXene电催化析氢反应:理论与实验研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 计算方法
4.2.2 样品制备
4.2.2.1 材料与试剂
4.2.2.2 制备剥离的V-MXene
4.2.2.3 NiS2/V-MXene的制备
4.2.2.4 制备剥离的Ti-MXene
4.2.2.5 NiS2/Ti-MXene的制备
4.2.3 材料表征
4.2.4 电极制备
4.2.5 电化学性能测试
4.2.6 功函数测试
4.2.7 层间距和晶格参数计算
4.2.8 法拉第效率计算
4.2.9 转换频率和电流密度计算
4.3 结果与讨论
4.3.1 氢吸附自由能分析
4.3.2 功函数分析
4.3.3 差分电荷密度分析
4.3.4 MXene的形貌与表征
4.3.5 NiS2/MXene的形貌与表征
4.3.6 化学成分分析
4.3.7 析氢性能评价
4.4 本章小结
第五章 NiFe双金属层状氢氧化物/石墨炔及其增强的水氧化性能研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 样品制备
5.2.1.1 材料与试剂
5.2.1.2 GDY/NiFe-LDH的制备
5.2.1.3 RGO/NiFe-LDH和 CNT/NiFe-LDH的制备
5.2.2 材料表征
5.2.3 电极制备
5.2.4 电化学性能测试
5.2.5 稳定性测试后表征
5.2.6 密度泛函理论计算
5.3 结果与讨论
5.3.1 形貌结构表征
5.3.2 物相成分分析
5.3.3 析氧性能评价
5.3.4 析氧机理研究
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
致谢
附录 :博士期间已发表和待发表的学术论文
参考文献
本文编号：3753343
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