【摘要】：二維納米材料由于原子級(jí)厚度和微米級(jí)平面尺寸,提供了更高的比表面積,更多暴露的表面活性位點(diǎn)和優(yōu)異的電子轉(zhuǎn)移能力,在催化領(lǐng)域的應(yīng)用表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)。其中,二維過(guò)渡金屬(氫)氧化物因?yàn)閬?lái)源豐富、成本低廉、活性高等特點(diǎn),同時(shí)結(jié)合二維薄片的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)和過(guò)渡金屬的高活性而受到廣泛關(guān)注。而如何通過(guò)簡(jiǎn)單有效的合成方法對(duì)催化活性位點(diǎn)進(jìn)行調(diào)控,減少二維納米片在催化反應(yīng)過(guò)程中發(fā)生的團(tuán)聚和失活,提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,同時(shí)保證優(yōu)異的電子轉(zhuǎn)移能力,是獲得先進(jìn)二維催化材料的關(guān)鍵技術(shù)。本論文以二維鎳基(氫)氧化物為研究對(duì)象,制備了一系列具有特殊形貌、新穎結(jié)構(gòu)的納米片組裝結(jié)構(gòu),探索了其在催化(尤其是電催化)領(lǐng)域的應(yīng)用,深入研究了材料結(jié)構(gòu)與性能之間的構(gòu)效關(guān)系,為合理設(shè)計(jì)具有優(yōu)異穩(wěn)定性,高孔隙率和良好導(dǎo)電性的先進(jìn)催化材料提供了理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。本論文的研究包括三類不同結(jié)構(gòu)和組成的鎳基納米片組裝材料的設(shè)計(jì)制備方法及其催化性能研究,主要結(jié)論為:(1)采用溶劑誘導(dǎo)插層技術(shù),通過(guò)溫和的一步水熱法制備由超薄納米片組裝而成的層狀α-Ni(OH)2。在合成過(guò)程中,溶劑(乙二醇,丙二醇,丁二醇)不僅起到了結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的作用,促進(jìn)了層狀結(jié)構(gòu)的形成,而且還被用作插層劑以控制超薄納米片的層間距。這種自組裝的層狀結(jié)構(gòu)避免了超薄納米片的團(tuán)聚,同時(shí)保持了其原子級(jí)厚度和高表面積。二元醇分子的插入提供了更大的層間距并暴露了更多的內(nèi)部活性位點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)中催化劑提供了更多的活性位點(diǎn),這不僅來(lái)源于超薄納米片的大比表面積,同時(shí)來(lái)源于通過(guò)層間距的調(diào)整而暴露的更多的內(nèi)部空間和活性位點(diǎn),保證了催化劑的高活性,在對(duì)硝基苯酚的還原反應(yīng)中表現(xiàn)出極優(yōu)異的催化性能。(2)使用溫和的兩步水熱法,構(gòu)建以鎳泡沫為基底的新型三維自支撐NiO@NiMoO4核-殼結(jié)構(gòu)。將泡沫鎳上彼此交聯(lián)的超薄NiO納米片作為核,進(jìn)一步將微小的NiMoO4納米片均勻地錨固在NiO納米片上以形成殼。這種由初級(jí)和次級(jí)超薄納米片緊密結(jié)合組成的核殼結(jié)構(gòu)有效地避免了單獨(dú)生長(zhǎng)超薄納米片時(shí)的易團(tuán)聚問(wèn)題,同時(shí)提高了催化劑的導(dǎo)電性,極大地改善了電化學(xué)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該納米片組裝結(jié)構(gòu)具有較差的結(jié)晶度和超薄特征,增加了其結(jié)構(gòu)紊亂的程度,暴露出更多的電化學(xué)活性位點(diǎn)。具有高度多孔結(jié)構(gòu)的兩種超薄納米片,其大的活性表面積進(jìn)一步促進(jìn)了催化活性位點(diǎn)的暴露,并在電解質(zhì)離子和電催化劑之間提供了大量的擴(kuò)散通道。NiO@NiMoO4納米片的高比例氧空位也有助于提高電催化性能。(3)通過(guò)簡(jiǎn)單溫和的自模板法成功合成了由納米片組裝而成的空心鎳鐵氫氧化物。包括兩個(gè)步驟:首先通過(guò)溫和的水熱法制備得到Ni(OH)2納米球前驅(qū)體,進(jìn)一步通過(guò)加入鐵源將其轉(zhuǎn)化為最終的空心球結(jié)構(gòu)。這種超薄納米片組成的NiFe氫氧化物薄壁空心球,提供了更多電解質(zhì)和02的傳質(zhì)通道以及超高的比表面積,加快了離子和電子的傳輸速度。此外,在加入Fe3+后,該結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到了極大的改善,在電催化反應(yīng)過(guò)程中表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
【圖文】：

二維晶體在有限溫度下存在。逡逑２００４年，Ｇｅｉｍ和Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ等人首次從高定向熱解石墨上通過(guò)特制膠帶逡逑剝離出單層二維石墨納米片［２］（圖２－１），開(kāi)啟了二維納米材料的新紀(jì)元。石逡逑墨烯的問(wèn)世預(yù)示著更多類型的具有優(yōu)異物理性能和較高研宄價(jià)值的單原子或逡逑多原子層的二維納米結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)破壞宏觀材料層間作用力的方式獲得。隨逡逑著科學(xué)家們對(duì)石墨烯在實(shí)驗(yàn)和理論研究方面的不斷深入，發(fā)現(xiàn)石墨烯具有非逡逑同尋常的物理化學(xué)性質(zhì)和獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)。由于其獨(dú)特的單原子結(jié)構(gòu)，石墨逡逑烯具有許多特異的光、電、熱、力學(xué)性能。石墨烯密度低，是一種超輕材料，逡逑具有優(yōu)異的光學(xué)性能、導(dǎo)電性能、抗拉強(qiáng)度。將其制成微型傳感器之后，，可逡逑－３－逡逑

等通過(guò)一種新穎的自犧牲模板法合成厚度約２邋ｎｍ的非層狀黃銅礦型ＣｕＩｎＳｅ２逡逑納米片［３３］。反應(yīng)過(guò)程中通過(guò)Ｉｎ３＋刻蝕先前生成的ＣｕＳｅ模板，最終演化成原逡逑子級(jí)厚度的ＣｕＩｎＳｅ２納米片，如圖２－２所示。逡逑恀桯逡逑（00１）邋ｃｕｓ．邐ｍ）ｃｕｌｎｉｔｌ逡逑Ｂ逡逑＾邋ＣｕＳｅ（ｍ邋％邐ＣｕｌｎＳｅＪ（１１１）逡逑ｘ＿ｊＣｉ（Ｓｉ�。穑幔惧义希翦澹棋澹靛义希纭�

本文編號(hào)：2688589