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。該方法操作工藝簡單、反應(yīng)條件溫和,且制備過程中不添加任何試劑,綠色環(huán)保、經(jīng)濟適用。利用SEM、TEM、XRD、XPS、FT-IR、BET等相關(guān)技術(shù)對復(fù)合材料的形貌、物相組成、結(jié)構(gòu)進行表征分析。最后將獲得的C-Ni/NiO納米復(fù)合材料進行了磁性和OER-HER雙功能電催化性能的研究。具體研究內(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,同時也為電催化反應(yīng)中間體提供離子通道,加快電荷轉(zhuǎn)移速率,使目標材... 

【文章來源】：西北師范大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：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極過電位[20]。Figure1.2PolarizationcurvesofHER(Left)andOER(Right),theηcandηaaretheoverpotentialsforcathodeandanodeatthesamecureentdensity,respectively.1.2.1析氧（OER）反應(yīng)機理析氧（OER）反應(yīng)是一個緩慢的四電子動力學(xué)過程[21]。反應(yīng)過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，過氧化物和超氧化物中間體的吸附和解吸，其對應(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[22]。在酸性電解液中的OER反應(yīng)機理過程：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)機理過程：*+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)過有四個電子轉(zhuǎn)移的動力學(xué)過程。析氧反應(yīng)經(jīng)歷多步反應(yīng)，且每個單獨反應(yīng)步驟都伴隨著電子的轉(zhuǎn)移，造成能量勢壘的的累積，OER動力學(xué)過程變緩慢，最終導(dǎo)致OER反應(yīng)的過電位較大[23]。因此，需要科研工作者設(shè)計出低成本、高效率電催化劑來克服OER反應(yīng)過程中的能量勢壘，獲得相對較小的過電位。1.2.2析氫（HER）反應(yīng)機理

第1章緒論4析氫（HER）反應(yīng)是一個兩電子轉(zhuǎn)移過程，其無論在酸性電解液還是堿性電解液中都經(jīng)過兩個獨立步驟，機制如圖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[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，單個吸附氫原子優(yōu)先和質(zhì)子及電子同時結(jié)合生成H2，容易發(fā)生Heyrovsky反應(yīng)，如果H*覆蓋面較高時，鄰近的兩個H*結(jié)合生成H2，較易發(fā)生Tafel反應(yīng)。圖1.3HER反應(yīng)機理[25]。Figure1.3ThemechanismofHER.1.2.3催化性能的評價指標評價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，認為更可靠得是在電流密度達到10mAcm-2時所對應(yīng)的電勢值。過電勢實際上是實驗測試的電勢值與理論熱動力學(xué)電勢值之間的差。電化學(xué)水分解系統(tǒng)中產(chǎn)生的過電勢過大往往會導(dǎo)致較低的能量轉(zhuǎn)化效率。過電


本文編號：2982292