镍钴铁基氢氧化物/硫化物的低温共沉淀法制备及其析氧催化性能研究

发布时间：2023-04-01 08:37

　　氢气(H₂)具有能量密度高、环境友好、无碳排放、燃烧产物为水等优点,是一种很有前途的储能介质或载体。电解水被认为是最简单的制氢方法之一。电解水反应包括在阴极发生的析氢反应(HER)和在阳极发生的析氧反应(OER)。其中析氧反应(OER)涉及四电子转移过程,缓慢的OER过程是电解水的决速步骤,因此对催化剂活性的依赖更为明显。研发出同时具有高能量转换效率与低催化过电位的高效电催化材料是加速OER过程和电解水反应的基础。过渡金属化合物,如氧化物、层状双金属氢氧化物(LDH)和硫化物,被认为是贵金属催化剂的替代品,在电解水催化剂领域得到了广泛的研究。与单金属氢氧化物相比,由于协同效应,双金属氢氧化物通常表现出更丰富的价态和更优异的导电性能,从而具有更佳的电化学活性。传统的双金属氢氧化物制备通过共沉淀方法进行,反应温度较高(>60 ^oC)。这种反应条件虽然有利于晶体生长,但产物颗粒容易团聚,从而造成比表面积下降,“活性位点”减少。若在低温条件下进行的共沉淀过程能够抑制晶核生长过程,可以获得更高比表面积和孔隙率的材料。本论文的具体研究内容如下:首先...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 过渡金属化合物电催化剂研究进展
        1.2.1 过渡金属氧化物
        1.2.2 过渡金属氢氧化物
        1.2.3 过渡金属硫属化合物
        1.2.4 过渡金属氮/磷化物
        1.2.5 过渡金属碳化物
    1.3 OER催化剂的主要评价参数
        1.3.1 过电位
        1.3.2 Tafel斜率
        1.3.3 转换频率(TOF)
        1.3.4 稳定性
        1.3.5 电化学活性面积
    1.4 本文的研究内容及意义
第二章 低温共沉淀法制备Co Fe-LDH及其OER性能的研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验主要的试剂与设备
        2.2.2 CoFe LDH制备方法
    2.3 催化剂材料的表征
        2.3.1 X射线粉末衍射表征(XRD)
        2.3.2 扫描电子显微镜分析(SEM)
        2.3.3 透射电子显微镜(TEM)
        2.3.4 比表面积及孔径分布(BET)
        2.3.5 热重分析(TG)
        2.3.6 X射线光电子能谱(XPS)
    2.4 电化学测试
        2.4.1 工作电极的制备
        2.4.2 催化剂的电化学性能测试
    2.5 结果与讨论
        2.5.1 XRD分析
        2.5.2 SEM分析
        2.5.3 TEM分析
        2.5.4 BET分析
        2.5.5 热重分析
        2.5.6 XPS分析
        2.5.7 催化剂的电化学性能
        2.5.8 低温共沉淀法相关工艺参数的探讨
        2.5.9 电催化性能讨论
    2.6 小结
第三章 高孔体积的NiFe-LDH催化剂研究
    3.1 引言
    3.2 Ni Fe LDH的合成
    3.3 结果讨论与分析
        3.3.1 XRD分析
        3.3.2 SEM分析
        3.3.3 TEM分析
        3.3.4 BET分析
        3.3.5 XPS分析
        3.3.6 催化剂的电化学性能
        3.3.7 电催化性能讨论
    3.4 小结
第四章 NiFe硫化物电催化性能研究
    4.1 引言
    4.2 催化剂材料的合成
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 XRD分析
        4.3.2 SEM分析
        4.3.3 TEM分析
        4.3.4 BET分析
        4.3.5 XPS分析
        4.3.6 催化剂的电化学性能
        4.3.7 电催化性能讨论
    4.4 小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的科研论文



本文编号：3776818