Co 3 O 4 基材料的设计及其电催化析氧性能研究

发布时间：2023-12-10 10:44

　　电解水制氢(H₂),对环境零污染,制取的H₂纯度高,并且原材料丰富,是一种最理想的制氢方式,也是现阶段获得新洁净氢能源的重要途径。然而,电解水的能量转化效率受到析氧反应(OER)和析氢反应(HER)的限制,相较于HER,涉及多步、四电子转移过程的OER,其动力学行为缓慢且反应位垒更大,已成为现阶段的研究瓶颈。虽然贵金属基RuO₂和IrO₂等催化剂具有最高的OER电催化活性,但储量匮乏和价格昂贵限制了其大规模的应用。因此,探索低成本、高效、稳定且环保的非贵金属OER电催化剂已成为电解水制氢技术研究中的一个关键问题,而且对燃料电池、金属-空气电池的大规模推广应用也有着深远的影响。本论文以获得高效、稳定、廉价的OER电催化剂为目标,围绕如何提高催化剂本征电导率和活性位点数量这一关键问题展开。设计并制备了具有特殊形貌和结构的纳米Co₃O₄基材料,对其形貌、结构及OER电催化性能进行了比较系统的研究,一方面通过诱导缺陷,引入氧空位,提高其催化活性位点数量;另一方面通...

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 析氧反应机理
    1.3 非贵金属OER电催化剂简介
        1.3.1 金属/合金OER电催化材料
        1.3.2 氢氧化物OER催化材料
        1.3.3 硫属化合物OER电催化材料
        1.3.4 磷化物OER电催化材料
        1.3.5 氧化物OER电催化材料
    1.4 Co₃O₄基OER催化材料
        1.4.1 Co₃O₄的结构特征
        1.4.2 Co₃O₄基电催化材料的研究现状
    1.5 选题依据与意义
    参考文献
第2章 材料的制备与表征
    2.1 材料的制备方法
    2.2 材料表征技术
    2.3 材料的OER电催化性能表征
        2.3.1 过电位(η)
        2.3.2 塔菲尔(Tafel)斜率计算
        2.3.3 电化学交流阻抗谱(EIS)
        2.3.4 电化学活性面积(ECSA)测试
        2.3.5 循环稳定性测试
    参考文献
第3章 Co₃O₄纳米阵列的析氧性能研究
    3.1 样品的制备
        3.1.1 衬底泡沫镍的预处理
        3.1.2 Co₃O₄纳米阵列的制备
    3.2 Co₃O₄纳米阵列的电化学测试
    3.3 Co₃O₄纳米阵列的表征与分析
        3.3.1 前驱体及热处理后样品的XRD表征
        3.3.2 前驱体及热处理后样品的SEM表征
        3.3.3 前驱体及热处理后样品的TEM表征
        3.3.4 Co₃O₄ 纳米阵列的XPS表征
    3.4 Co₃O₄纳米阵列的电催化性能分析
        3.4.1 LSV曲线及Tafel斜率测试
        3.4.2 EIS和稳定性表征
        3.4.3 ECSA的表征
    3.5 本章小结
    参考文献
第4章 Co₃O₄/MnCO3 异质结构析氧性能的研究
    4.1 样品的制备
        4.1.1 Co₃O₄@NF的制备
        4.1.2 Co₃O₄/MnCO3@NF的制备
        4.1.3 MnCO3@NF的制备
    4.2 样品的电化学测试
    4.3 Co₃O₄/MnCO3 异质结构的表征与分析
        4.3.1 不同Co/Mn含量比样品的XRD表征
        4.3.2 不同Co/Mn含量比样品的SEM表征
        4.3.3 类仙人掌状形貌样品的TEM及 Mapping表征
        4.3.4 类仙人掌状形貌样品的亲水性测试
        4.3.5 样品MnCO3@NF的 TGA表征
        4.3.6 样品的XPS表征
    4.4 样品的电催化性能分析
        4.4.1 LSV曲线及Tafel斜率测试
        4.4.2 EIS及稳定性测试
        4.4.3 ECSA测试
    4.5 本章小结
    参考文献
第5章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果



本文编号：3872358