本文分別以柚子皮（PP）、玉米秸稈（CS）和脫脂棉花纖維（CF）為多功能劑（模板、還原劑、碳源）,Ni（NO₃）₂·6H₂O為鎳源,以水做溶劑,采用浸漬-煅燒法成功制備了具有生物遺態(tài)結(jié)構(gòu)的碳基Ni/NiO（C-Ni/NiO）納米復(fù)合材料。該方法操作工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和,且制備過(guò)程中不添加任何試劑,綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用。利用SEM、TEM、XRD、XPS、FT-IR、BET等相關(guān)技術(shù)對(duì)復(fù)合材料的形貌、物相組成、結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征分析。最后將獲得的C-Ni/NiO納米復(fù)合材料進(jìn)行了磁性和OER-HER雙功能電催化性能的研究。具體研究?jī)?nèi)容如下:1.采用SEM分析材料的形貌發(fā)現(xiàn),以柚子皮（PP）為模板,制備的材料具有花狀結(jié)構(gòu);模板為玉米秸稈（CS）,合成多孔納米薄片結(jié)構(gòu)材料;棉花（CF）為結(jié)構(gòu)模板,制備中空纖維結(jié)構(gòu)材料。其中以CF為模板獲得的材料更完美的復(fù)制了其纖維形貌,結(jié)構(gòu)特殊、形貌均一。材料因其特殊的生物結(jié)構(gòu)形貌而具有高的比表面積和豐富的孔結(jié)構(gòu),暴露出更多的活性位點(diǎn),同時(shí)也為電催化反應(yīng)中間體提供離子通道,加快電荷轉(zhuǎn)移速率,使目標(biāo)材... 

【文章來(lái)源】：西北師范大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：88 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

電催化分解水產(chǎn)生氫氣和氧氣的示意圖[19]

第1章緒論3圖1.2HER（左）和OER（右）極化曲線，ηc和ηa分別為在相同電流密度下陰極和陽(yáng)極過(guò)電位[20]。Figure1.2PolarizationcurvesofHER(Left)andOER(Right),theηcandηaaretheoverpotentialsforcathodeandanodeatthesamecureentdensity,respectively.1.2.1析氧（OER）反應(yīng)機(jī)理析氧（OER）反應(yīng)是一個(gè)緩慢的四電子動(dòng)力學(xué)過(guò)程[21]。反應(yīng)過(guò)程中牽涉多種表面吸附的中間體，在酸性和堿性電解液中反應(yīng)發(fā)生的途徑不同，但不同途徑都涉及到氧化物，過(guò)氧化物和超氧化物中間體的吸附和解吸，其對(duì)應(yīng)的方程式分別如（1-2~5）和（1-6~9）所示，其中*代表催化劑表面活性位點(diǎn)[22]。在酸性電解液中的OER反應(yīng)機(jī)理過(guò)程：H2O+*→HO*+H++e-（1-2）HO*→O*+H++e-（1-3）O*+H2O→HOO*+H++e-（1-4）HOO*→*+O2+H++e-（1-5）在堿性電解液中的OER反應(yīng)機(jī)理過(guò)程：*+OH-→*OH+e-（1-6）*OH+OH-→H2O+*O+e-（1-7）*O+OH-→*OOH+e-（1-8）*OOH+OH-→*+O2+H2O+e-（1-9）在OER反應(yīng)過(guò)程中，氧分子是幾種質(zhì)子/電子耦合產(chǎn)生的，所獲得的氧氣分子是經(jīng)過(guò)有四個(gè)電子轉(zhuǎn)移的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。析氧反應(yīng)經(jīng)歷多步反應(yīng)，且每個(gè)單獨(dú)反應(yīng)步驟都伴隨著電子的轉(zhuǎn)移，造成能量勢(shì)壘的的累積，OER動(dòng)力學(xué)過(guò)程變緩慢，最終導(dǎo)致OER反應(yīng)的過(guò)電位較大[23]。因此，需要科研工作者設(shè)計(jì)出低成本、高效率電催化劑來(lái)克服OER反應(yīng)過(guò)程中的能量勢(shì)壘，獲得相對(duì)較小的過(guò)電位。1.2.2析氫（HER）反應(yīng)機(jī)理

第1章緒論4析氫（HER）反應(yīng)是一個(gè)兩電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，其無(wú)論在酸性電解液還是堿性電解液中都經(jīng)過(guò)兩個(gè)獨(dú)立步驟，機(jī)制如圖1-4所示，包含的反應(yīng)方程式如下，其中*代表催化劑表面活性位點(diǎn)[24]。酸性：H3O++e-+*→H*+H2OVolmerreactionH*+H3O++e-→H2+H2OHeyrovskyreaction或H*+H*→H2Tafelreaction堿性：H2O+e-+*→H*+OH-VolmerreactionH*+H2O+e-→H2+OH-Heyrovskyreaction或H*+H*→H2Tafelreaction在析氫反應(yīng)過(guò)程中，第一步都是Volmerreaction，形成吸附氫原子（H*）。在酸性電解液中，質(zhì)子放電優(yōu)先在電極表面形成吸附氫原子，H*與電子以及質(zhì)子結(jié)合（Heyrovskyreaction、電化學(xué)吸附）或兩個(gè)相鄰的H*結(jié)合（Tafelreaction、化學(xué)吸附）形成H2。在堿性電解液中，水分子放電在電極表面形成H*，再經(jīng)過(guò)Heyrovskyreaction反應(yīng)（H*與電子以及水分子結(jié)合）或Tafel反應(yīng)形成H2。產(chǎn)生H2有兩種不同的途徑，這與H*的覆蓋度有關(guān)。如果H*覆蓋面較低，單個(gè)吸附氫原子優(yōu)先和質(zhì)子及電子同時(shí)結(jié)合生成H2，容易發(fā)生Heyrovsky反應(yīng)，如果H*覆蓋面較高時(shí)，鄰近的兩個(gè)H*結(jié)合生成H2，較易發(fā)生Tafel反應(yīng)。圖1.3HER反應(yīng)機(jī)理[25]。Figure1.3ThemechanismofHER.1.2.3催化性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)材料催化性能的最主要因素是它們的起始電壓，但由于其確切的值一般很難觀察到。因此，認(rèn)為更可靠得是在電流密度達(dá)到10mAcm-2時(shí)所對(duì)應(yīng)的電勢(shì)值。過(guò)電勢(shì)實(shí)際上是實(shí)驗(yàn)測(cè)試的電勢(shì)值與理論熱動(dòng)力學(xué)電勢(shì)值之間的差。電化學(xué)水分解系統(tǒng)中產(chǎn)生的過(guò)電勢(shì)過(guò)大往往會(huì)導(dǎo)致較低的能量轉(zhuǎn)化效率。過(guò)電


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