發(fā)布時間：2024-04-14 20:23

　　本論文圍繞氫能源的制取和利用過程中所涉及的氫析出反應(HER),氧析出反應(OER)和氧還原反應(ORR)等關鍵反應,以提高電催化性能為目標,對材料的外在屬性(微觀結構)和內在屬性(電子構型)進行設計調控,分別制備了Ni基HER電催化劑,NiCo基OER電催化劑和Co基ORR電催化劑。具體工作如下：(1)采用調控材料外在屬性(微觀結構)和內在屬性(電子構型)的策略,設計并制備了一種具有高HER活性的多級微納結構Ni/C電催化劑。為了獲得具有高比表面和高分散Ni納米顆粒的Ni/C電催化劑,采用水熱法制備了NiAl-LDH納米片陣列@氧化石墨烯(NiAl-LDH@GO)復合材料作為前驅物,并研究了其形成的關鍵因素和過程。通過對NiAl-LDH@GO進行多巴胺(DA)包覆和后續(xù)焙燒過程獲得了一種具有多級微納結構的氮摻雜碳@Ni-A12O3納米片陣列@GO(N-C@Ni-A1203@GO)復合材料。該復合材料具有高的比表面積(210.5 m2·g-1),Ni納米顆粒的粒徑小和分散性好,這都有利于暴露更多的電催化活性位點。該復合材料在堿性介質中(1 mol·L-1 NaOH)具有良好的HER電催...

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 氫析出反應(HER)
        1.2.1 堿性水系HER電化學理論
        1.2.2 貴金屬電催化劑的高效利用
        1.2.3 非貴金屬電催化劑的研究進展
            1.2.3.1 調變電催化劑的內在屬性
            1.2.3.2 調變電催化劑的外在屬性
    1.3 氧析出反應(OER)
        1.3.1 堿性水系OER電化學理論
        1.3.2 貴金屬電催化劑的高效利用
        1.3.3 非貴金屬電催化劑的研究進展
            1.3.3.1 過渡金屬氧化物
            1.3.3.2 過渡金屬氫氧化物
            1.3.3.3 鈣鈦礦型氧化物
    1.4 氧還原反應(ORR)
        1.4.1 ORR電化學理論
        1.4.2 貴金屬電催化劑的高效利用
        1.4.3 非貴金屬電催化劑的研究進展
            1.4.3.1 過渡金屬及其碳復合材料
            1.4.3.2 過渡金屬氧化物及其碳復合材料
            1.4.3.3 過渡金屬硫化物及其碳復合材料
            1.4.3.4 過渡金屬大環(huán)化合物及其碳復合材料
            1.4.3.5 碳材料
    1.5 論文選題的目的及意義
    1.6 論文研究內容
第二章 實驗部分
    2.1 化學試劑
    2.2 實驗儀器
    2.3 分析表征
        2.3.1 結構表征
        2.3.2 電催化性能表征
第三章 氮摻雜碳@Ni-Al₂O₃納米片陣列@氧化石墨烯的制備及氫析出電催化性能研究
    3.1 引言
    3.2 實驗方法
        3.2.1 GO的制備
        3.2.2 NiAl-LDH@GO復合材料的制備
        3.2.3 N-C@Ni-Al₂O₃@GO,Ni-Al₂O₃@GO和N-C@GO的制備
        3.2.4 N-C@Ni-Al₂O₃@GO,Ni-Al₂O₃@GO和N-C@GO的HER電催化性能測試
    3.3 結果與討論
        3.3.1 前驅物NiAl-LDH納米片陣列@GO的生長機理研究
            3.3.1.1 G_iteO氧化程度和鹽離子濃度對產物形貌的影響
            3.3.1.2 探究NiAl-LDH納米片陣列@GO的生長過程及機理
        3.3.2 P123&PDA@NNiAl-LDH@GO的結構表征
        3.3.3 N-C@Ni-Al₂O₃@GO,Ni-Al₂O₃@GO和N-C@GO的結構表征
            3.3.3.1 XRD表征
            3.3.3.2 FESEM表征
            3.3.3.3 HRTEM表征
            3.3.3.4 ICP-AES測試
            3.3.3.5 低溫N₂吸/脫附測試
            3.3.3.6 XPS表征
        3.3.4 HER電催化性能研究及構效關系分析
    3.4 本章小結
第四章 空心海膽狀NiCo₂O₄的制備及氧析出電催化性能研究
    4.1 引言
    4.2 實驗方法
        4.2.1 聚苯乙烯小球模板的制備
        4.2.2 P-HU-NiCo₂O₄和P-NA-NiCo₂O₄的制備
        4.2.3 HU-NiCo₂O₄和NA-NiCo₂O₄的制備
        4.2.4 HU-NiCo₂O₄和NA-NiCo₂O₄的OER電催化性能測試
    4.3 結果與討論
        4.3.1 P-HU-NiCo₂O₄和P-NA-NiCo₂O₄的結構表征
            4.3.1.1 XRD表征
            4.3.1.2 FESEM和HRTEM表征
        4.3.2 HU-NiCo₂O₄和NA-NiCo₂O₄的結構表征
            4.3.2.1 XRD表征
            4.3.2.2 FESEM和HRTEM表征
            4.3.2.3 低溫N₂吸/脫附測試
            4.3.2.4 XPS表征
        4.3.3 OER電催化性能研究及構效關系分析
    4.4 本章小結
第五章 Co₉S₈/SN-C的綠色制備及氧還原電催化性能研究
    5.1 引言
    5.2 實驗方法
        5.2.1 Co₉S₈/SN-C復合材料的制備
        5.2.2 Ni₉S₈/SN-C,Ni₄S₃/SN-C,MnS/SN-C和ZnS/SN-C的制備
        5.2.3 Co₉S₈/SN-C的ORR電催化性能測試
    5.3 結果與討論
        5.3.1 前驅物Co-[MA]₂的組成和結構表征
            5.3.1.1 有機元素分析
            5.3.1.2 TG分析
            5.3.1.3 XPS表征
            5.3.1.4 XRD和FESEM表征
        5.3.2 不同焙燒溫度Co₉S₈/SN-C復合材料的組成和結構表征
            5.3.2.1 XRD表征
            5.3.2.2 有機元素分析
            5.3.2.3 TG分析和ICP-AEC測試
            5.3.2.4 XPS表征
            5.3.2.5 FESEM表征
            5.3.2.6 HRTEM表征
            5.3.2.7 低溫N₂吸/脫附測試
        5.3.3 0.1 mol·L_-1KOH介質中的ORR電催化性能研究
        5.3.4 0.5 mol·L_-1H₂SO₄介質中的ORR電催化性能研究
        5.3.5 0.1 mol·L_-1PBS介質中的ORR電催化性能研究
        5.3.6 Ni₉S₈/SN-C,Ni₄S₃/SN-C,MnS/SN-C和ZnS/SN-C的XRD表征
    5.4 本章小結
第六章 結論與展望
    6.1 結論
    6.2 主要創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻
致謝
研究成果及發(fā)表的學術論文
作者和導師簡介
附件



本文編號：3955172