發(fā)布時間：2017-10-08 02:36

  本文關(guān)鍵詞：Ni基納米材料的制備及其電催化性能研究

  更多相關(guān)文章： 氧化鎳核殼結(jié)構(gòu) 硒化鎳納米線陣列 鎳鐵合金納米片 自支撐電極 電催化

【摘要】：納米材料具有較大的比表面積,能顯著提高電催化效率,因而在電催化研究中受到了廣泛關(guān)注。隨著能源需求的持續(xù)增加,化石燃料的不斷消耗以及環(huán)境問題的日益嚴重,亟需發(fā)展可再生的清潔能源。燃料電池和氫氣是高效、環(huán)保的二次能源,是能源研究領(lǐng)域的熱點。因此發(fā)展可用于甲醇氧化、電解水制氫等電化學(xué)系統(tǒng)的新型納米電催化劑,是推動這些清潔能源邁向商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵一步。過渡金屬鎳在地殼的儲量豐富(其含量僅次于硅、氧、鐵、鎂,居第5位),價格低廉,且鎳及其化合物具有優(yōu)越的電化學(xué)性質(zhì),能有效降低電催化反應(yīng)的過電勢,有望替代傳統(tǒng)的貴金屬用于電催化系統(tǒng)的電極材料。本文主要圍繞鎳基納米自支撐電極的制備,并系研究了其甲醇氧化和水分解等電催化性能。主要研究結(jié)果如下:1、通過水熱和煅燒等技術(shù),首次在泡沫鎳上原位生長出氧化鎳納米片@納米線核殼結(jié)構(gòu)(NiO nanosheet@nanowire arrays on Ni foam,NiO NS@NW/NF),成功構(gòu)建了三維自支撐電極。當(dāng)該三維電極直接用于堿性甲醇氧化時,NiO NS@NW/NF電極在電勢為1.62 V(相對于標準氫電極RHE)時電流密度達到89 mA cm~(-2),是泡沫鎳(30 mA cm~(-2))的3倍。NiO NS@NW/NF電極優(yōu)秀的電催化性能是由于NiO納米陣列的核殼分層結(jié)構(gòu),加上在泡沫鎳上原位生長構(gòu)建出自支撐電極,使得該電極具有更多的活性位點,同時能夠促進反應(yīng)中的傳質(zhì)過程。2、采用水熱法成功構(gòu)建了NiO/Ni,Ni3S2/Ni,NiSe/Ni自支撐電極,系統(tǒng)研究了NiO、Ni3S2、NiSe納米線對甲醇氧化反應(yīng)的電催化性能,發(fā)現(xiàn)其性能關(guān)系為NiSeNi3S2NiO。把NiSe/Ni自支撐電極用于甲醇氧化時,它顯示出優(yōu)秀的電催化性能,在1 M KOH+0.5 M CH_3OH的電解液中,當(dāng)電勢為0.5 V(相對于飽和甘汞電極SCE)時電流密度能達到132 mA cm~(-2),是Ni箔(32 mA cm~(-2))的4倍。3、在同種電解液中同時實現(xiàn)對析氧反應(yīng)(OER)和析氫反應(yīng)(HER)的有效電催化,是非常具有挑戰(zhàn)性的工作,目前報道很少。我們采用電沉積法在泡沫鎳上合成出NiFe納米片,成功構(gòu)建了NiFe/NF自支撐電極(NiFe nanosheets film on Ni foam,NiFe/NF)。Ni Fe/NF三維電極在堿性溶液中同時表現(xiàn)出高效的OER和HER催化活性,在1 M KOH溶液中,OER過程中達到電流密度20 mA cm~(-2)時僅需過電勢264 mV;同時HER過程中達到電流密度10 mA cm~(-2)時僅需過電勢139 mV。NiFe/NF電極的雙功能性啟發(fā)我們將其同時用作陽極和陰極構(gòu)建堿性電解水槽。該電解槽電分解水時電流密度達到10 mA cm~(-2)僅需電勢1.64 V,性能優(yōu)于之前報道的NiFe LDH組裝的電解槽(1.7 V)。
【關(guān)鍵詞】：氧化鎳核殼結(jié)構(gòu) 硒化鎳納米線陣列 鎳鐵合金納米片 自支撐電極 電催化
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-26
• 1.1 納米材料概述11
• 1.2 納米材料的合成方法11-14
• 1.3 納米材料的電催化應(yīng)用14-24
• 1.3.1 電催化甲醇氧化15-19
• 1.3.2 電催化析氧19-24
• 1.4 選題目的和意義24-26
• 第2章 NiO納米片@納米線核殼結(jié)構(gòu)的制備及其對甲醇的電催化氧化26-36
• 2.1 引言26-27
• 2.2 實驗部分27-28
• 2.2.1 實驗試劑27
• 2.2.2 表征方法和電化學(xué)測試27
• 2.2.3 NiO納米結(jié)構(gòu)的制備方法27-28
• 2.3 結(jié)果與討論28-35
• 2.3.1 NiO NS@NW/NF的表征28-30
• 2.3.2 NiO NS@NW/NF結(jié)構(gòu)的形成機理30-31
• 2.3.3 NiO NS@NW/NF的電催化甲醇氧化性能31-35
• 2.4 小結(jié)35-36
• 第3章 NiSe納米線陣列的制備及其電催化甲醇氧化性能36-48
• 3.1 引言36-37
• 3.2 實驗部分37-39
• 3.2.1 實驗試劑37
• 3.2.2 表征方法和電化學(xué)測試37-38
• 3.2.3 Ni硫?qū)倩衔锛{米線的制備方法38-39
• 3.3 結(jié)果與討論39-47
• 3.3.1 催化劑的表征39-43
• 3.3.2 NiSe納米線陣列的電催化甲醇氧化性能43-47
• 3.4 小結(jié)47-48
• 第4章 NiFe納米片的制備及其雙功能析氧和析氫反應(yīng)催化性能48-60
• 4.1 引言48-49
• 4.2 實驗部分49-51
• 4.2.1 實驗試劑49
• 4.2.2 表征方法和電化學(xué)測試49-50
• 4.2.3 催化劑的制備方法50-51
• 4.3 結(jié)果與討論51-59
• 4.3.1 催化劑的表征51-54
• 4.3.2 NiFe納米片的電催化性能54-59
• 4.4 小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-62
• 參考文獻62-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果75-76
• 致謝76-77
• Ⅳ-2答辯委員會對論文的評定意見77

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉雪華;唐電;;含硅鈦陽極的制備及其電催化性能研究[J];材料保護;2007年09期

2 王紅森,吳仲達,林文廉,丁曉紀;鈦基體中離子注入鈀的電催化性能[J];化學(xué)學(xué)報;1994年11期

3 黃映恒;侯蕾;童張法;韋藤幼;;玻碳基Pt/C/NH_4NiPO_4復(fù)合電極電催化性能[J];科技導(dǎo)報;2013年31期

4 張建民;陳衛(wèi)華;石秋芝;;電極材料的組成設(shè)計與電催化性能——介紹一個研究性實驗[J];大學(xué)化學(xué);2011年01期

5 林紀筠,趙孟科,陳康寧;含鑭復(fù)合氧化物的合成及其電催化性能[J];中國稀土學(xué)報;1999年01期

6 趙紅曉;王豪杰;何寶明;姜子龍;劉奇;;Pt-NiO/C復(fù)合材料的制備及對乙醇的電催化性能[J];貴金屬;2013年03期

7 杜艷芳,陳黎明,亓西敏,陸嘉星,何鳴元;納米TiO_2膜電極的制備及其電催化性能[J];化學(xué)世界;2004年01期

8 袁珍;鄧湘云;李建保;;NiCo_2O_4/Ni復(fù)合電極的制備及電催化性能研究[J];化學(xué)工程師;2011年04期

9 張晶;趙曉;劉長鵬;邢巍;;Pd/PVP-MWCNTs電極對甲酸氧化的電催化性能[J];電化學(xué);2012年03期

10 洪榕;沈曼麗;;制備氣氛對釕鈦氧化物電極電催化性能的影響[J];氯堿工業(yè);1992年08期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張建民;石秋芝;;氫析出電催化劑及其電催化性能[A];第八屆全國大學(xué)化學(xué)教學(xué)研討會論文集[C];2005年

2 魏杰;許凱冬;王芳;楊玉光;張忠林;;雜多酸修飾多晶鉑電極的電催化性能的研究[A];第十三次全國電化學(xué)會議論文摘要集（上集）[C];2005年

3 白正宇;胡傳剛;徐鵬樂;楊林;;不同結(jié)構(gòu)添加劑對鈀納米晶的形成及電催化性能的影響[A];中國化學(xué)會第28屆學(xué)術(shù)年會第10分會場摘要集[C];2012年

4 袁定勝;陳俊智;劉應(yīng)亮;;掃描電位沉積Bi-Pt合金及其電催化性能的研究[A];第十三次全國電化學(xué)會議論文摘要集（下集）[C];2005年

5 楊文;楊成;楊帆;楊秀榮;;鉑納米花的綠色合成以及電催化性能的研究[A];中國化學(xué)會第26屆學(xué)術(shù)年會納米化學(xué)分會場論文集[C];2008年

6 劉小兵;成旦紅;徐偉一;郁祖湛;;Ni-P-WC復(fù)合電極析氫電催化性能的研究Ⅱ一表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性研究[A];2004年全國電子電鍍學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2004年

7 董博;王威;王策;李振宇;;高分子膜的厚度以及親疏水性質(zhì)對電催化性能的影響[A];2011年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2011年

8 王新;唐亞文;陸天虹;;單壁納米碳管載Pd催化劑的制備及其對甲酸氧化的電催化性能[A];中國化學(xué)會第26屆學(xué)術(shù)年會新能源與能源化學(xué)分會場論文集[C];2008年

9 葛性波;丁軼;;鉑修飾的納米多孔金薄膜的結(jié)構(gòu)調(diào)控及其對電催化性能的影響[A];中國化學(xué)會第26屆學(xué)術(shù)年會新能源與能源化學(xué)分會場論文集[C];2008年

10 王先友;黃偉國;汪形艷;李俊;王希敏;;LaNiO_3摻雜復(fù)合氧化物的制備及對氧的電催化性能研究[A];第一屆全國化學(xué)工程與生物化工年會論文摘要集(下)[C];2004年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 王雪芹;納米TiO_2基催化劑的制備及光電催化性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 孫斌;新型取代卟啉配合物的合成及電催化性能研究[D];江蘇大學(xué);2016年

3 周敏;鉍氧基化合物納米陣列的合成及其光電催化性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

4 趙杰;直接甲醇燃料電池陽極催化劑的合成、表征及其電催化性能研究[D];浙江大學(xué);2007年

5 李美超;導(dǎo)電聚合物的制備及其電催化性能研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2006年

6 潘路;鐵鈷鎳納米氧化物復(fù)合氧化物的制備及其光電催化性能[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 汪伍洋;聚吡咯修飾鉑電極的制備及其電催化性能研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2011年

2 張戀;Pt-M(M=Co、Ni、Cu)/GN-CD復(fù)合物的制備及其對甲醇氧化的電催化性能[D];福建師范大學(xué);2014年

3 羅春平;Pt、Pd/石墨烯復(fù)合材料制備及其電催化性能研究[D];南京理工大學(xué);2016年

4 羅瓊;Ni基納米材料的制備及其電催化性能研究[D];華南理工大學(xué);2016年

5 陳麗;過渡金屬（鎳、鈷）氫氧化物的制備及其電催化性能研究[D];北京化工大學(xué);2012年

6 劉云青;納米多孔Pd合金的制備及其電催化性能研究[D];濟南大學(xué);2013年

7 魯元軍;Ag_4Sn金屬間化合物的制備及電催化性能研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2013年

8 陳翠杰;納米多孔Ti Cu非晶合金的電催化性能及表面修飾的研究[D];天津大學(xué);2012年

9 袁珍;NiCo_2O_4尖晶石晶體的制備及電催化性能研究[D];海南大學(xué);2011年

10 聶雪;改性殼聚糖金屬螯合物的合成及電催化性能研究[D];中南大學(xué);2005年

，

本文編號：991545