镍（钴）基阵列催化剂制备及其掺氮改性电催化性能研究

发布时间：2024-06-28 20:40

　　析氧反应(OER)作为电解水的必要步骤,其催化效率依赖于高效电催化剂的设计开发。目前常用的高效催化剂多为贵金属氧化物,但其高成本、稀缺性和较差的稳定性阻碍了大规模商业应用。过渡金属基电催化剂因其天然丰度高、价格低廉、高催化活性和出色的稳定性,得到了研究者们的广泛关注;但块体材料或粉末状材料依然存在着比表面积小、电导率低、催化活性低等缺点。针对上述问题,本文主要利用氮掺杂策略对过渡金属基电催化剂进行改性,结合无粘结剂阵列结构设计,制备新型高效的氮掺杂电催化剂以提高析氧反应效率。主要研究内容和结果如下:(1)通过简易高效的水热法,成功制备了氮掺杂氧化亚钴纳米线阵列(N-CoO),并作为碱性溶液中OER电催化剂。所制备的N-CoO纳米线阵列具有开放的阵列框架和多孔纳米结构,有效增加了催化剂与电解液的接触界面,并暴露了更多催化活性位点。同时开放多孔结构为OER的电子传输和离子扩散提供了更快捷的输运路径。鉴于上述优点,N-CoO纳米线阵列表现出了优异的OER电催化活性和循环稳定性,具有较低的过电位和较低的Tafel斜率(74 mV dec^-1),且在1M KOH溶液中24小...

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1HER（左）和OER（右）的极化曲线图[7]

浙江大学硕士学位论文2解产生氢气的规模化应用。所以，高效的OER电催化剂对于显著降低过电位并提升水分解的效率十分必要。一些贵金属的氧化物，如RuO2、IrO2，是目前主要用到的高效OER催化剂，但其高成本、稀缺性和不够出色的稳定性则阻碍了大规模应用和商业化发展[8-13]。基于此....

图1.2水电解装置图

第一章绪论3图1.2水电解装置图。Fig.1.2Schematicillustrationofwatersplittingdevice.电解水过程中，析氢反应（HER）发生于阴极上，析氧反应（OER）发生在阳极上。其电解液可以是酸性、中性或碱性，具体反应方程式如下：中性溶液中：阳....

图1.3在碱性条件（红线）和酸性条件（蓝线）下的OER机理

第一章绪论5之间的相互键合作用（M-O）对于整体的电催化速率非常重要。图1.3在碱性条件（红线）和酸性条件（蓝线）下的OER机理。黑线表示氧气逸出涉及过氧化物（M-OOH）中间体的形成（黑线），而另外一种直接合成含氧中间体（M-O）（绿色）产氧的途径也是可能的[7]。Fig.1.....

图1.6NaBH4还原过程示意图，用于在Co3O4纳米线中原位引入氧空位，增强其OER催化

第一章绪论11cubanes保持四个电子以产生一个氧分子的能力。而去除Mg-Co3O4中的Mg不仅增加了表面积，还使在cubanes内部形成更多的缺陷或空位，从而提高了催化剂的性能。这些结果间接证明了Co4O4cubane是OER的活性位点。图1.6NaBH4还原过程示意图，用于....

本文编号：3996654