本文選題：層狀雙金屬氫氧化物 + OER��； 參考：《安徽師范大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：析氧反應(yīng)(OER)作為水分解和可充電電池的一個重要反應(yīng),引起人們更加關(guān)注清潔能源的高效存能。優(yōu)化OER催化劑的常見的方法是尋找新型的催化材料以及優(yōu)化原有材料的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)。然而,水分解的能量效率不高主要是由于OER反應(yīng)的動力學(xué)緩慢。因此,我們急需尋找一種能夠降低過電位以及加速OER反應(yīng)的高效穩(wěn)定的催化劑。最先作為OER催化劑的是貴金屬材料,如RuO2等。但是其價格昂貴限制了應(yīng)用。因此,我們將需要尋找一種礦產(chǎn)資源豐富、催化效率高的催化劑,這仍將是未來一段時間我們所將面臨的挑戰(zhàn)。以鎳/鐵為基礎(chǔ)的化合物自上個世紀(jì)以來就作為高效的析氧催化劑。它們是最有前途的催化物質(zhì)之一,以非貴金屬為基礎(chǔ)的催化劑顯現(xiàn)出了比較高催化活性,甚至可能趕超貴金屬等材料。本篇論文以鎳鐵氫氧化物及復(fù)合材料為對象,為大家提供了一種簡單的方法。同時對鎳鐵雙金屬氫氧化物及其復(fù)合材料進行形貌、組成進行表征,并對其能夠用作析氧電極催化劑進行電化學(xué)性能討論,主要內(nèi)容如下:1、優(yōu)化了雙金屬氫氧化物納米片的合成策略,以硝酸鐵/鎳溶液為原料,直接使用硼氫化鈉進行還原得到納米鐵/鎳金屬單質(zhì),納米粒子在水溶液中進一步反應(yīng),迅速得到目標(biāo)產(chǎn)物鎳鐵-LDH。同時,這種方法可以通過調(diào)控母液中金屬的比例,從而獲得不同鐵/鎳比例的雙金屬氫氧化物。此外,由于Fe元素對材料的摻雜,使得制備的鐵/鎳雙金屬納米片在電化學(xué)性能有一定的提升。在所有比例中,當(dāng)Ni、Fe比例為6:4時,電流密度為20mA/cm2時過電位為0.24V。2、我們提出了一種可以迅速地制備大量NiFe-LDH/碳納米管復(fù)合材料的方法。以碳納米管為基底,調(diào)控CNTs與母液的相對濃度,使LDH能夠均勻地生長在基底上,這不僅LDH納米片的形狀得到規(guī)整,還提高了穩(wěn)定性,相比于單一的NiFe-LDH片狀材料,其穩(wěn)定性能夠成倍增長。與傳統(tǒng)的合成路線相比較,該方法簡單高效且產(chǎn)量大,為產(chǎn)品的量產(chǎn)化提供了一定的參考價值。3、在前文中合成鐵/鎳-LDH的實驗基礎(chǔ)上,采用同樣地制備方法制備了FeCoNi三元納米材料。這種合成方法不僅條件溫和、環(huán)境友好,同樣在合成三元氫氧化物納米片時也能很好地調(diào)控金屬比例,這種方法也為合成其他單元或多元過渡金屬氫氧化物提供了一定的依據(jù),具有一定的普適性。同時,在不同比例的三元金屬氫氧化物中,當(dāng)Fe、Co、Ni比例為4:4:2時,其催化性能在這組材料中達到最優(yōu),電流密度值為10mA/cm2時過電位數(shù)值為0.273V,當(dāng)電流密度值為20mA/cm2時過電位為0.282V。
[Abstract]:As an important reaction of water decomposition and rechargeable batteries, oxygen evolution reaction (Oer) has attracted more attention to the efficient energy storage of clean energy. The common way to optimize OER catalyst is to find new catalytic materials and optimize the chemical composition and structure of the original materials. However, the low energy efficiency of water decomposition is mainly due to the slow kinetics of OER reaction. Therefore, we urgently need to find an efficient and stable catalyst that can reduce overpotential and accelerate OER reaction. Precious metal materials such as RuO2 are the first catalysts for OER. But its high price limits its application. Therefore, we will need to find a catalyst with rich mineral resources and high catalytic efficiency, which will remain a challenge for us for some time to come. Nickel / iron based compounds have been used as efficient catalysts for oxygen evolution since the last century. They are one of the most promising catalysts. Catalysts based on non-precious metals show high catalytic activity and may even catch up with precious metals and other materials. In this paper, nickel-iron hydroxide and composite materials as the object, provide a simple method for everyone. At the same time, the morphology and composition of Ni-Fe bimetallic hydroxide and its composites were characterized, and the electrochemical properties of Ni-Fe bimetallic hydroxides as oxygen evolution electrode catalysts were discussed. The main contents are as follows: 1. The synthesis strategy of bimetallic hydroxide nanocrystals was optimized. Using ferric nitrate / nickel solution as raw material, sodium borohydride was directly used to reduce the nanocrystalline iron / nickel metal, and the nanoparticles reacted further in aqueous solution. The target product, Ni-Fe LDH, was obtained rapidly. At the same time, bimetallic hydroxides with different Fe / Ni ratios can be obtained by adjusting the proportion of metal in mother liquor. In addition, due to the doping of Fe to the material, the electrochemical properties of the prepared Fe / Ni bimetallic nanocrystals were improved to a certain extent. In all proportion, when the nio Fe ratio is 6:4, the overpotential is 0.24 V. 2 when the current density is 20mA/cm2, we propose a method to fabricate a large number of NiFe-LDH/ carbon nanotube composites rapidly. With carbon nanotubes as the substrate, the relative concentration of CNTs and mother liquor is regulated, so that LDH can grow on the substrate uniformly. This not only improves the shape of LDH nanoparticles, but also improves the stability, compared with the single NiFe-LDH sheet material. Its stability can multiply. Compared with the traditional synthetic route, this method is simple and efficient, and has a large yield, which provides a certain reference value for the mass production of the product. On the basis of the experiment of synthesizing Fe / Ni LDH in the previous paper, FeCoNi ternary nanomaterials were prepared by the same method. This synthetic method not only has mild conditions and is environmentally friendly, but also can control the proportion of metal well in the synthesis of ternary hydroxide nanocrystals. This method also provides a basis for the synthesis of other units or multielement transition metal hydroxides. It has certain universality. At the same time, in the different proportion of ternary metal hydroxides, when the ratio of Fe and Ni is 4:4:2, the catalytic performance is optimal in this group of materials. The overpotential value is 0.273V when the current density is 10mA/cm2, and 0.282V when the current density is 20mA/cm2.
【學(xué)位授予單位】：安徽師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O643.36;TB33

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本文編號：1940294