铁族金属基纳米材料的设计构筑及其能源转化与存储应用研究

发布时间：2023-02-20 19:57

　　开发利用新型可再生能源是调整能源结构、应对全球能源危机及环境污染的关键。太阳能、风能等新能源能量输出不稳定,因此必须发展相应的能源转化和存储技术,实现能量的异地、错时灵活使用。电解水产氢和锂离子电池在“太阳能-电能-氢能-燃料电池-电能-用户”清洁能量传递链中扮演着重要角色。目前电解水和锂离子电池的发展分别受到贵金属催化剂高成本和负极材料低容量的限制。针对这些问题,本论文以地壳储量丰富且具有3d电子结构的铁族金属基化合物为基础,通过对电极结构设计和材料组成、形貌调控,制备出性能优异的功能导向电极,并结合原位技术和理论模拟计算,分析材料晶体结构、组成、形貌与电化学性能之间的构效关系。主要工作内容和结果如下:一、活性晶面的选择性暴露和纳米结构的优化是制备高性能电解水催化剂的有效手段。基于此,我们在镍箔上原位合成了(003)晶面择优生长的Ni3S2纳米多孔薄膜,并研究了其作为全水解催化剂的性能及机理。Ni3S2(003)晶面具有连续的低配位Ni3三角基元。通过对气相沉积过程进行干预,得到不同晶面择优程度的Ni3S2纳米带、中空球或纳米多孔结构。其中含超小孔道、(003)晶面择优程度最高的薄膜...

【文章页数】：165 页

【学位级别】：博士

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中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 能源转化与存储
    1.2 电解水
        1.2.1 电解水工作原理
        1.2.2 电催化析氢反应
        1.2.3 电催化析氧反应
    1.3 锂离子电池
        1.3.1 电池原理
        1.3.2 正极材料
        1.3.3 负极材料
    1.4 铁族金属基纳米能源材料研究现状及问题
        1.4.1 纳米材料合成方法
        1.4.2 铁族金属基电解水催化剂研究现状及问题
        1.4.3 铁族金属基储锂电极材料研究现状及问题
    1.5 本论文的选题意义和研究内容
第二章 基于镍箔的(003)晶面择优Ni₃S₂纳米多孔薄膜的电解水催化性能及机理研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验原料及样品制备
        2.2.2 样品表征及电解水催化性能测试
        2.2.3 相关计算
    2.3 结果讨论
        2.3.1 结构与表征
        2.3.2 生长机理
        2.3.3 电解水催化活性
        2.3.4 电解水催化机理研究
    2.4 本章小结
第三章 CoNi掺杂Fe₃N纳米管阵列的析氧反应催化性能研究及活性物质跟踪鉴定
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料及样品制备
        3.2.2 样品表征及析氧反应催化性能测试
        3.2.3 相关计算
    3.3 结果讨论
        3.3.1 理论预测
        3.3.2 结构与表征
        3.3.3 析氧反应催化活性
        3.3.4 活性物质跟踪
        3.3.5 活性位点鉴定
    3.4 本章小结
第四章 阴离子引导的FeX_n(X=S,Se,Te)纳米管阵列一体化电极作为锂离子电池负极的性能及机制研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验原料及样品制备
        4.2.2 样品表征
        4.2.3 电池组装及性能测试
        4.2.4 理论模拟计算
    4.3 结果讨论
        4.3.1 结构与表征
        4.3.2 相变与物性变化
        4.3.3 锂离子电池性能
        4.3.4 碳包覆FeX_n及储锂性能
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 工作总结与创新
    5.2 工作不足与展望
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
致谢
个人简况及联系方式



本文编号：3747218