本文關(guān)鍵詞：過渡金屬納米材料的制備及其電催化應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 過渡金屬納米材料 FeP NAs/CC NiFe泡沫 Zn-Co-S/TM Ni-B/Ni泡沫

【摘要】：氫氣作為豐富的、可再生的清潔燃料,在未來可代替化石燃料。氫氣的制備技術(shù)中,電解水由于操作簡單和產(chǎn)品純度高而受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用,但仍需要有效的催化劑來降低電解過程中高的過電勢。Pt催化劑作為析氫電極和Ir O2/Ru O2催化劑作為析氧電極被大量的報(bào)導(dǎo),但由于其高成本而使得他們的長期應(yīng)用成了問題�；诖�,大量的工作投入到了對非貴金屬電催化劑的探索。研究表明,過渡金屬納米材料(主要包括Fe,Co,Ni,Cu,Mo,W,Zn和Mn非貴金屬)在電解水方面展現(xiàn)出了優(yōu)越的催化活性和穩(wěn)定性,作為析氫和析氧電催化劑均表現(xiàn)了很大的應(yīng)用潛力。本文主要圍繞過渡金屬納米材料的制備和電催化應(yīng)用進(jìn)行研究,主要內(nèi)容如下:1、我們報(bào)導(dǎo)了通過低溫磷化的方法得到生長在碳布上的Fe P納米棒陣列(Fe P NAs/CC),將此材料作為三維的自支撐的酸性析氫陰極,Fe P NAs/CC表現(xiàn)出了很高的電催化活性和穩(wěn)定性,在過電勢58 m V時(shí)便達(dá)到10 m A/cm~2的電流密度,并且此電極在中性和堿性中也具有析氫活性。2、我們報(bào)導(dǎo)了用商業(yè)的NiFe泡沫作為三維的析氧陽極。這種電極擁有300 m V的析氧過電勢并且當(dāng)過電勢為320 m V時(shí)電流密度可達(dá)到10 m A/cm~2。值得注意的是,酸處理過的Ni Fe泡沫(AE-Ni Fe泡沫)當(dāng)電流密度達(dá)到20 m A/cm~2時(shí)只需要257 m V的過電勢。3、我們報(bào)導(dǎo)了生長在鈦網(wǎng)上的Zn_(0.76)Co)(0.24)S/CoS_2納米線陣列(Zn-Co-S/TM)作為堿性電解水中的雙功能催化劑的研究。這種Zn-Co-S/TM材料是由在鈦網(wǎng)上水熱法生長Zn Co2O4的納米線陣列(Zn Co2O4/TM)轉(zhuǎn)化得到。我們的Zn-Co-S/TM電極有很高的活性,對于析氫和析氧,電流密度為20 m A/cm~2時(shí)分別需要的過電勢為238和330 m V。我們進(jìn)一步驗(yàn)證了基于Zn-Co-S/TM的堿性兩電極系統(tǒng),當(dāng)電流密度為10 m A/cm~2時(shí)需要施加的電壓為1.66 V。4、我們報(bào)導(dǎo)了快速合成生長在Ni泡沫上的Ni-B合金納米粒子薄膜(Ni-B/Ni泡沫),通過在室溫下交替浸漬的方法,并可以在幾分鐘內(nèi)完成反應(yīng)。當(dāng)我們把它作為一個(gè)三維的催化劑時(shí),Ni-B/Ni泡沫在堿性中可作為有效持久的析氧和析氫催化劑。析氧電流密度達(dá)到100 m A/cm~2需要的過電勢為360 m V和析氫電流密度達(dá)到20 m A/cm~2需要的過電勢為125 m V。兩電極堿性電解達(dá)到15m A/cm~2的電流密度需要的電壓為1.69 V。
【關(guān)鍵詞】：過渡金屬納米材料 FeP NAs/CC NiFe泡沫 Zn-Co-S/TM Ni-B/Ni泡沫
【學(xué)位授予單位】：西華師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;O643.36
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 引言10-22
• 1.1 概述10
• 1.2 氫氣的制備技術(shù)10-11
• 1.2.1 甲烷蒸汽重整制氫10
• 1.2.2 煤炭和其他碳?xì)浠衔锏臍饣茪?/span>10
• 1.2.3 生物質(zhì)制氫10-11
• 1.2.4 電解水制氫11
• 1.2.5 其他方法制氫11
• 1.3 電解水制氫反應(yīng)機(jī)理11-12
• 1.4 過渡金屬析氫催化劑的研究和發(fā)展12-16
• 1.4.1 過渡金屬氧化物/氫氧化物12-13
• 1.4.2 過渡金屬硫族化合物13-15
• 1.4.3 過渡金屬磷化物15
• 1.4.4 過渡金屬碳化物、氮化物和硼化物15-16
• 1.5 過渡金屬析氧催化劑的研究和發(fā)展16-19
• 1.5.1 過渡金屬氧化物/氫氧化物16-17
• 1.5.2 過渡金屬硫族化合物17-19
• 1.5.3 過渡金屬其他化合物19
• 1.6 過渡金屬雙功能催化劑的研究和發(fā)展19-20
• 1.7 選題的意義和目的20-22
• 第2章 自支撐的FeP納米棒陣列：作為經(jīng)濟(jì)有效的具有高催化活性的三維析氫陰極22-34
• 2.1 引言22-23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分23-24
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑23
• 2.2.2 催化劑的制備23
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)儀器23
• 2.2.4 電化學(xué)測試23-24
• 2.3 結(jié)果與討論24-32
• 2.3.1 FeP NAs/CC的結(jié)構(gòu)和表征24-26
• 2.3.2 FeP NAs/CC在酸性電解質(zhì)中的電化學(xué)測試26-30
• 2.3.3 FeP NAs/CC在中性和堿性電解質(zhì)中的電化學(xué)測試30-32
• 2.4 小結(jié)32-34
• 第3章 NiFe泡沫作為三維高效的析氧電極34-40
• 3.1 引言34
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分34-35
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑34
• 3.2.2 催化劑的制備34-35
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)儀器35
• 3.2.4 電化學(xué)測試35
• 3.3 結(jié)果與討論35-39
• 3.3.1 NiFe泡沫的結(jié)構(gòu)和表征35-36
• 3.3.2 NiFe泡沫的電化學(xué)測試36-38
• 3.3.3 酸刻蝕后的NiFe泡沫的電化學(xué)測試38
• 3.3.4 酸刻蝕前后的NiFe泡沫性能不同的原因分析38-39
• 3.4 小結(jié)39-40
• 第4章 雙功能催化劑的制備及電解水應(yīng)用40-60
• 4.1 Zn_(0.76)Co)(0.24)S/CoS_2納米線陣列用來高效電解水40-49
• 4.1.1 引言40
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)部分40-41
• 4.1.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑40-41
• 4.1.2.2 催化劑的制備41
• 4.1.2.3 實(shí)驗(yàn)儀器41
• 4.1.2.4 電化學(xué)測試41
• 4.1.3 結(jié)果與討論41-48
• 4.1.3.1 Zn-Co-S/TM的結(jié)構(gòu)和表征41-44
• 4.1.3.2 Zn-Co-S/TM作為陰極的電化學(xué)測試44-46
• 4.1.3.3 Zn-Co-S/TM作為陽極的電化學(xué)測試46-47
• 4.1.3.4 Zn-Co-S/TM作為兩電極系統(tǒng)陰極和陽極的電化學(xué)測試47-48
• 4.1.4 小結(jié)48-49
• 4.2 Ni泡沫上生長的無定型Ni-B合金納米粒子薄膜：通過快速交替浸漬沉積方法得到并用來全電解水49-60
• 4.2.1 引言49
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)部分49-51
• 4.2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑49-50
• 4.2.2.2 催化劑的制備50
• 4.2.2.3 實(shí)驗(yàn)儀器50
• 4.2.2.4 電化學(xué)測試50-51
• 4.2.3 結(jié)果與討論51-58
• 4.2.3.1 Ni-B/Ni泡沫的結(jié)構(gòu)和表征51-52
• 4.2.3.2 Ni-B/Ni泡沫作為陽極的電化學(xué)測試52-54
• 4.2.3.3 Ni-B/Ni泡沫作為陰極的電化學(xué)測試54-55
• 4.2.3.4 Ni-B/Ni泡沫作為兩電極系統(tǒng)陰極和陽極的電化學(xué)測試55-56
• 4.2.3.5 Ni-B/Ni泡沫負(fù)載量的調(diào)控56-58
• 4.2.3.6 Ni-B納米粒子沉積在不同導(dǎo)電基底上的催化性能58
• 4.2.4 小結(jié)58-60
• 第5章 結(jié)論與展望60-61
• 5.1 結(jié)論60
• 5.2 展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-73
• 致謝73-76
• 在學(xué)期間的科研情況76

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