氧還原反應是燃料電池和金屬-空氣電池的重要陰極反應。由于氧還原反應的電化學動力學緩慢,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的進行。尖晶石結構的鈷酸鎳具有電化學活性高、成本低、資源豐富等優(yōu)點,受到人們的廣泛關注。然而,鈷酸鎳電催化劑還存在許多缺點,如導電性差、穩(wěn)定性低和活性位點不足等。研究表明生長在導電基底上的鈷酸鎳納米材料,可以得到更好的導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造了富含氧空位的鈷酸鎳/空心碳球(NiCo_2O_4/HCS-V)復合結構。采用多種表征手段對其進行了一系列物相、晶體結構、化合價態(tài)的表征和分析,并對其進行了一系列的電化學性能測試。最后通過密度泛函理論計算揭示其氧空位提升鈷酸鎳氧還原反應動力學的理論機理,主要研究內(nèi)容與結果如下:(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)復合結構的微米花。電化學性能測試結果表明,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)密度泛函理論計算結果表明,空心碳球和氧空位提高了鈷酸鎳的費米能級附近的態(tài)密度和降低了功函數(shù)�？招奶记虻募尤氪龠M了鈷酸鎳氧還原反應的氧吸附,氧空位的引入降低了鈷酸鎳氧還原反應的計算過電勢,從而起到共同優(yōu)化電催化性能的作用。
【學位單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM911.4;TB383.1
【部分圖文】：

個完整的回路。燃料電池在酸性應：22H 4H 4e+ → + 應:2 2O 4H 4e 2H O+ + + → 應：2 22H 4OH 4H O 4e + → + 應：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 成鍵構型的原理圖如氮和吡咯氮原子位于邊緣或者缺陷位點；在非定域化的 π-體加電子的數(shù)量。在石墨烯結構中，當石墨化氮原子代替碳原相同的構型，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]；由于預先存在的石墨結而氮含量不足以制造更多的催化活性位點；（3）直接對均勻氮前驅(qū)體進行熱處理，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)體會導致活性氮物質(zhì)的流失和相對差的傳輸特性。

反應中的應用以劃分為點缺陷、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反論計算結果表明異質(zhì)結構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，極上的氧還原反應的過程[67]。常用的主要以碳材料為例分別說明這兩類缺
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本文編號：2840339