發(fā)布時(shí)間：2020-10-14 06:48

　　 氧還原反應(yīng)是燃料電池和金屬-空氣電池的重要陰極反應(yīng)。由于氧還原反應(yīng)的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)緩慢,急需發(fā)展高效的催化劑來克服其過高的過電位和加快其氧還原反應(yīng)的進(jìn)行。尖晶石結(jié)構(gòu)的鈷酸鎳具有電化學(xué)活性高、成本低、資源豐富等優(yōu)點(diǎn),受到人們的廣泛關(guān)注。然而,鈷酸鎳電催化劑還存在許多缺點(diǎn),如導(dǎo)電性差、穩(wěn)定性低和活性位點(diǎn)不足等。研究表明生長在導(dǎo)電基底上的鈷酸鎳納米材料,可以得到更好的導(dǎo)電性和更大的比表面積,此外,氧空位的引入可以調(diào)節(jié)材料的電子分布,從而起到優(yōu)化電催化性能的作用。本研究通過水熱法構(gòu)造了富含氧空位的鈷酸鎳/空心碳球(NiCo_2O_4/HCS-V)復(fù)合結(jié)構(gòu)。采用多種表征手段對其進(jìn)行了一系列物相、晶體結(jié)構(gòu)、化合價(jià)態(tài)的表征和分析,并對其進(jìn)行了一系列的電化學(xué)性能測試。最后通過密度泛函理論計(jì)算揭示其氧空位提升鈷酸鎳氧還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的理論機(jī)理,主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下:(1)借助靜電作用,通過水熱合成和后續(xù)熱處理制備鈷酸鎳/空心碳球(NiCo_2O_4/HCS)復(fù)合結(jié)構(gòu)的微米花。電化學(xué)性能測試結(jié)果表明,富含氧空位的NiCo_2O_4/HCS具有高的起峰電勢(0.9 V),大的極限擴(kuò)散電流(-5.8 mA cm~(-2))和高的循環(huán)穩(wěn)定性(經(jīng)40000 s后保持率為90%)。(2)密度泛函理論計(jì)算結(jié)果表明,空心碳球和氧空位提高了鈷酸鎳的費(fèi)米能級附近的態(tài)密度和降低了功函數(shù)。空心碳球的加入促進(jìn)了鈷酸鎳氧還原反應(yīng)的氧吸附,氧空位的引入降低了鈷酸鎳氧還原反應(yīng)的計(jì)算過電勢,從而起到共同優(yōu)化電催化性能的作用。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM911.4;TB383.1
【部分圖文】：

個(gè)完整的回路。燃料電池在酸性應(yīng)：22H 4H 4e+ → + 應(yīng):2 2O 4H 4e 2H O+ + + → 應(yīng)：2 22H 4OH 4H O 4e + → + 應(yīng)：2 2O 2H O 4e 4OH + + → 2 2 22H + O → 2H O

料催化性能中扮演著重要的角色，而 N 成鍵構(gòu)型的原理圖如氮和吡咯氮原子位于邊緣或者缺陷位點(diǎn)；在非定域化的 π-體加電子的數(shù)量。在石墨烯結(jié)構(gòu)中，當(dāng)石墨化氮原子代替碳原相同的構(gòu)型，但是它們在 π-體系中引入了額外的電子。雜碳的制備方法可以分為三大類。分別是（1）通過化學(xué)氣相子到具有石墨化平面的炭支架上[28, 29]；（2）后熱處理含氮物括石墨烯、碳納米管和富勒烯[30, 31]；由于預(yù)先存在的石墨結(jié)而氮含量不足以制造更多的催化活性位點(diǎn)；（3）直接對均勻氮前驅(qū)體進(jìn)行熱處理，例如石墨化氮化碳[32]、三聚氰胺海綿4]，這種方法是最常用的，由于其靈活性和可控性。但是在高氮前驅(qū)體會(huì)導(dǎo)致活性氮物質(zhì)的流失和相對差的傳輸特性。

反應(yīng)中的應(yīng)用以劃分為點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷和一步劃分為雜質(zhì)、異質(zhì)原子摻雜、間表明，缺陷對電催化劑表面的電化學(xué)反論計(jì)算結(jié)果表明異質(zhì)結(jié)構(gòu)摻雜的碳材是由于異質(zhì)原子的引入使碳材料的電，從而有效地削弱了 O-O 鍵的鍵能，極上的氧還原反應(yīng)的過程[67]。常用的主要以碳材料為例分別說明這兩類缺
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王麗娟;在石墨及聚酞菁化合物電極上氧還原的電催化[J];催化學(xué)報(bào);1988年01期

2 吳智遠(yuǎn);周運(yùn)鴻;高榮;;二氧化錳對氧還原的電催化行為[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1988年03期

3 郝佳瑜;劉易斯;李文章;李潔;;形貌可控的鉑類貴金屬氧還原電催化劑研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2019年01期

4 杜誠;高小惠;陳衛(wèi);;銅基非貴金屬氧還原電催化劑的研究進(jìn)展（英文）[J];催化學(xué)報(bào);2016年07期

5 王瀛;張麗敏;胡天軍;;金屬空氣電池陰極氧還原催化劑研究進(jìn)展[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2015年04期

6 黃幼菊;李偉善;黃青丹;李偉;張慶龍;蔣臘生;;氫鉬青銅對鉑催化氧還原反應(yīng)的促進(jìn)作用[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào);2007年05期

7 余希立;李平;鄭俊生;吳云霞;周興貴;;不同微結(jié)構(gòu)納米碳纖維電極的氧還原性能[J];華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年06期

8 苗鶴;薛業(yè)建;周旭峰;劉兆平;;石墨烯基氧還原催化劑在金屬空氣電池中的應(yīng)用[J];化學(xué)進(jìn)展;2015年07期

9 陳潔;高建民;;摻雜碳材料用于氧還原反應(yīng)中的研究進(jìn)展[J];廣州化工;2015年21期

10 楊偉;陳勝洲;鄒漢波;林維明;;氮摻雜非貴金屬氧還原催化劑研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2010年11期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 劉柏辰;氮摻雜碳氧還原催化劑的制備及其性能研究[D];華南理工大學(xué);2018年

2 鄧怡杰;高性能碳基非貴金屬催化劑的制備及氧還原性能研究[D];華南理工大學(xué);2018年

3 張曉華;非貴金屬氧還原催化劑的設(shè)計(jì)合成及氧還原歷程研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所);2018年

4 曾黎明;基于氧還原和析出反應(yīng)的金屬復(fù)合催化劑設(shè)計(jì)和制備[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所);2018年

5 趙宇;新型碳基無金屬氧還原電催化劑的制備及其作用機(jī)理研究[D];南京大學(xué);2013年

6 Syed Shoaib Ahmad Shah;金屬有機(jī)框架（MOF）衍生的非貴金屬氧還原催化劑的研究[D];重慶大學(xué);2018年

7 艾可龍;非貴金屬氧還原反應(yīng)催化劑的可控制備及催化應(yīng)用研究[D];吉林大學(xué);2018年

8 王海濤;鈷、鐵改性氮摻雜碳基氧還原電催化劑的制備及性能研究[D];華中科技大學(xué);2018年

9 張雙雙;非鉑類高效氧還原催化劑設(shè)計(jì)及性能研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所);2017年

10 崔超男;電化學(xué)二氧化碳還原和氧還原的密度泛函理論研究[D];天津大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王小利;生物質(zhì)基碳材料的制備及其氧還原的研究[D];重慶大學(xué);2018年

2 袁慧;鈷酸鎳納米材料的制備及氧還原反應(yīng)性能的研究[D];武漢理工大學(xué);2018年

3 劉少君;鈷—雜原子摻雜碳復(fù)合氧還原納米電催化劑的設(shè)計(jì)與構(gòu)筑[D];武漢理工大學(xué);2018年

4 王啟晨;Fe-N-C類型催化劑的制備及其電催化氧還原性能研究[D];中南林業(yè)科技大學(xué);2018年

5 劉一玲;高效碳基電催化氧還原材料的設(shè)計(jì)和在鋅空電池中的應(yīng)用[D];蘇州大學(xué);2018年

6 張瑩瑩;含錳硫族簇基晶態(tài)材料的合成及氧還原催化性能研究[D];蘇州大學(xué);2018年

7 張亨博;雜原子摻雜碳/過渡金屬復(fù)合材料的設(shè)計(jì)制備及氧還原性能研究[D];河南師范大學(xué);2018年

8 范寶法;鐵/鈷/氮摻雜碳基材料的合成及其在氧還原中的應(yīng)用[D];河南師范大學(xué);2018年

9 黃秋嬋;碳納米管負(fù)載鉑-金屬氮化物催化劑結(jié)構(gòu)及氧還原性能研究[D];廣州大學(xué);2018年

10 華若男;氮摻雜碳納米管負(fù)載鉑鈷氧還原催化劑制備及性能研究[D];遼寧科技大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2840339