基于过渡金属纳米材料的制备及其催化电解水性能的研究

发布时间：2023-06-27 22:09

　　氢气以其优异的重量能量密度、高能量转换效率,可再生性,以及零污染特性成为既可作为清洁能源又可作为可能源储存载体的理想选择。因此,由析氢反应(HER)和析氧反应(OER)组成的电化学催化水分解被认为是一种高效、无污染和可循环利用的理想途径。目前,铂(Pt)基和铱(Ir)基材料分别是HER和OER的理想高效的催化剂。然而,贵金属材料的地球储量少和高成本限制了其进一步地广泛应用。而过渡金属种类繁多,电子层结构丰富以及价态多变等优点成为最有希望的贵金属基催化剂替代品。为此,我们设计制备了一系列的过渡金属基纳米材料并对其进行了催化电解水性能的研究。主要内容如下:1.基于铜泡沫(CF)三维多孔结构和过渡金属磷化物的良好的类金属特性,我们设计并合成了 NiCoP@Cu₃P/CF多层次杂化纳米结构,该结构具有大的比表面积从而能够暴露更多的活性位点。同时大量不同层次的微孔和通道的存在能够提高反应过程中的传质速率和电荷转移速率。在Ni,Co,Cu多元素间的协同效应以及NiCoP和Cu₃P多相间协同效应的双重作用下优化了材料表面电子分布,从而提高了活性位点的催化活...

【文章页数】：116 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 电催化水分解的反应机理
        1.2.1 催化电解水产氢机理
        1.2.2 催化电解水产氧机理
    1.3 过渡金属基电解水催化剂纳米材料的分类与发展
        1.3.1 过渡金属磷化物
        1.3.2 过渡金属硫族化合物
        1.3.3 过渡金属氧化物及氢氧化物
        1.3.4 过渡金属碳化物和氮化物
    1.4 过渡金属催化剂的性能优化
    1.5 课题提出和研究内容
第2章 NiCoP@Cu₃P复合纳米材料的制备以及作为双功能电解水催化剂的性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验原料
        2.2.2 铜泡沫上Cu(OH)₂纳米线(NWs)的制备(Cu(OH)₂ NWs/CF)
        2.2.3 铜泡沫上NiCoP@Cu₃P纳米片层的制备(NiCoP@Cu₃P/CF)
        2.2.4 Cu₃P NWs/CF的制备
        2.2.5 仪器与表征
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 形貌和化学组分表征
        2.3.2 电化学催化产氢性能测试
        2.3.3 电化学催化产氧性能测试
    2.4 本章小结
第3章 铜泡沫上原位合成CuO@Cu₂O纳米线及其电催化产氢和产氧的性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料
        3.2.2 铜泡沫上Cu(OH)₂纳米线(NWs)的制备(Cu(OH)₂ NWs/CF)
        3.2.3 Cu_xONWs/CF和Cu_xO NWs/CF-N₂的制备
        3.2.4 Cu_xO/CF的制备
        3.2.5 仪器与表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 制备样品的形貌及化学组成分析
        3.3.2 电化学催化产氢性能测试
        3.3.3 电化学催化产氧性能测试
    3.4 本章小结
第4章 Fe掺杂CoNiMoO_x纳米材料的制备以及其电催化产氢和产氧性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验原料
        4.2.2 前驱体的制备
        4.2.3 Fe-CoNiMoO_x/NF和Fe-CoNiMoO₄/NF的制备
        4.2.4 Fe-NiMoO_x/NF和CoNiMoO_x/NF的制备
        4.2.5 仪器与表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 Fe-CoNiMoO_x/NF形貌结构及化学组成分析
        4.3.2 电催化产氢性能分析
        4.3.3 电催化产氧性能分析
    4.4 本章小结
全文总结
参考文献
致谢
个人简历
在读期间发表的论文与研究成果



本文编号：3835427