碳-過渡金屬氫氧化物/磷化物復(fù)合材料具有低成本和高電化學(xué)活性的特性,被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)能量儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。本文通過超臨界乙醇沉積法制備了具有自支撐結(jié)構(gòu)的碳布-氫氧化鎳和碳布-鎳摻雜磷化鈷復(fù)合材料,分別應(yīng)用于柔性固態(tài)超級(jí)電容器電極和電催化分解水電極。借助于超臨界乙醇類氣體擴(kuò)散性和接近零的表面張力的特性,在多孔的電化學(xué)活化碳布上均勻沉積了具有分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的納米陣列。這種獨(dú)特的自支撐結(jié)構(gòu)促進(jìn)了更多的活性位點(diǎn)的暴露,并提供了有效的離子傳輸通道,此外借助電化學(xué)活化碳布優(yōu)良的導(dǎo)電性,實(shí)現(xiàn)了較好的電化學(xué)性能。本文主要內(nèi)容如下:1.在強(qiáng)酸電解質(zhì)中對(duì)碳布進(jìn)行電化學(xué)活化處理獲得了電化學(xué)活化碳布（Electrochemical Activated Carbon Cloth,ECC）�；罨蟮腅CC表面產(chǎn)生了豐富的孔結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)。ECC不僅能作為沉積活性物質(zhì)的理想基底,在直接作為超級(jí)電容器負(fù)極時(shí)也展現(xiàn)出較高的比容量。2.通過超臨界乙醇沉積法在ECC基底上制備了具有自支撐結(jié)構(gòu)的氫氧化鎳納米片陣列（Ni（OH）₂ NSs/ECC）,通過調(diào)控反應(yīng)物的加入量優(yōu)化微觀結(jié)構(gòu)。所制備的Ni（OH）

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

(a)不同儲(chǔ)能器件的Ragone圖，(b)電化學(xué)雙電層電容示意圖，(c)贗電容示意圖[3]

第一章緒論3Troostwijik和Deiman首次對(duì)電解水現(xiàn)象進(jìn)行了報(bào)導(dǎo)�？墒羌词挂呀�(jīng)過去了200多年，由于陰極HER和陽極OER緩慢的動(dòng)力學(xué)，電解水過程仍然需要消耗大量的額外能量[8]。電解水的熱力學(xué)電壓為1.23V，但在實(shí)際應(yīng)用中提供的電壓必須大于理論電壓才能實(shí)現(xiàn)水的分解。這是因?yàn)樾枰峁┮粋�(gè)過電位來克服在HER和OER過程中，由于電極表面形成反應(yīng)中間產(chǎn)物所需的高活化能而產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)勢(shì)壘，以促使反應(yīng)達(dá)到特定的電流密度。HER和OER的極化曲線可見圖1.3，aη和cη分別為陽極和陰極在特定電流下的過電位。值得注意的是，OER為4電子-質(zhì)子耦合反應(yīng)，而HER為2電子-轉(zhuǎn)移反應(yīng)。因此，OER需要更大的能量來克服動(dòng)力學(xué)勢(shì)壘，即需要更大的過電位[9]。圖1.2電解水示意圖[8]Figure1.2Schematicillustrationofwaterelectrolysis[8]使用合適的催化劑能降低OER和HER所需的過電位，從而減少能源的消耗。因此，開發(fā)高效穩(wěn)定的催化劑材料對(duì)電解水的大規(guī)模應(yīng)用具有重要意義。理想的催化劑應(yīng)具有高的活性（低的過電位下實(shí)現(xiàn)大的電流密度）和優(yōu)良的穩(wěn)定性。目前，基于Pt和Ir/Ru的材料分別是HER和OER最有效的催化劑。但這些材料的稀缺性及高成本使其大規(guī)模應(yīng)用受到了阻礙。研究者們?cè)陂_發(fā)自然儲(chǔ)存豐富，高效且穩(wěn)定的電解水催化劑材料方面已經(jīng)投入了大量的努力。過去的幾年中，大量的非貴金屬材料作為高效的電解水催化劑已被廣泛的研究，包括過渡金屬硫化物、硼化物、碳化物、氮化物、氧化物、磷化物和磷酸鹽，以及純碳基材料。這些材料作為貴金屬催化劑的替代品都展現(xiàn)出極大的潛力[10]。

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1.3HER和OER的極化曲線，ηa和ηc分別為陽極和陰極在相同電流下的過電位[9]Figure1.3PolarizationcurvesofOERandHER.ηaandηcaretheoverpotentialsoftheOERandHERatthesamecurrent,respectively[9].1.2碳-金屬氫氧化物/磷化物納米復(fù)合材料電化學(xué)應(yīng)用及其制備方法電極材料的性質(zhì)對(duì)電化學(xué)能量儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換器件的性能起到了決定性的作用。開發(fā)高效穩(wěn)定的電極材料一直是電化學(xué)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。過渡金屬氫氧化物和磷化物等非貴金屬化合物已經(jīng)被廣泛研究，并被認(rèn)為是極具潛力的超級(jí)電容器電極材料和電解水催化劑材料。但其性能與基于Pt和Ru等貴金屬物質(zhì)的材料相比還存在差距，需要進(jìn)一步提升[11]。理想的高效電極材料應(yīng)具有以下幾個(gè)特性：(a)高比表面積和充分暴露的活性位點(diǎn)實(shí)現(xiàn)高的活性物質(zhì)利用率；(b)優(yōu)良的導(dǎo)電性實(shí)現(xiàn)電子的快速傳輸；(c)大量開放的孔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)離子的快速傳輸；(d)優(yōu)良的電化學(xué)穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)長工作壽命。基于上述特性，研究者們對(duì)電極材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提出了許多策略。其中，材料尺寸納米化被認(rèn)為是提高電極性能非常有效的手段。納米材料是指在三維空間中至少有一維尺寸在1-100nm范圍內(nèi)或由此為基本單元構(gòu)成的材料，有著與宏觀材料不同的物理化學(xué)性質(zhì)[12]。將電極材料納米化具有以下優(yōu)勢(shì)：(a)大的比表面積能促進(jìn)更多活性位點(diǎn)的暴露；(b)小尺寸的電極材料能減小反應(yīng)過程中電子和離子傳輸距離；(c)納米材料的自組裝性易獲得開放的多孔結(jié)構(gòu)。眾多的過渡金屬化合物材料被構(gòu)造成不同的納米形態(tài)（納米球、納米片和納米棒等）應(yīng)用于電化學(xué)能量的存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換，并獲得了優(yōu)異的電化學(xué)性能[9,13,14]。將過渡金屬化合物材料與碳材料復(fù)合是獲得高性能電極的另一有效策略[4]。碳-過渡金屬化合物復(fù)合材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：(a)碳?


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