發(fā)布時(shí)間：2020-10-24 15:30

　　 人類社會(huì)正面臨日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)和環(huán)境問題,尋找清潔的可再生能源,并發(fā)展高效的能源轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)形式,是維持人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的唯一途徑。電化學(xué)過程是能量存儲(chǔ)、新型能源轉(zhuǎn)化的重要方式,而電極材料在電化學(xué)過程中扮演著重要角色。Ni-Co基化合物是重要的電極材料,其價(jià)態(tài)可變、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并且儲(chǔ)量豐富。同時(shí),通過在導(dǎo)電基底上直接生長(zhǎng)的方式獲得的“自支撐”Ni-Co基納米結(jié)構(gòu),其電極內(nèi)阻小,比表面積大,可暴露更多的活性位點(diǎn),加速物質(zhì)傳輸能力,因此在超級(jí)電容器和電解水領(lǐng)域有廣泛用途。已經(jīng)有大量通過陰離子交換方式,提升Ni-Co納米結(jié)構(gòu)電極性能的報(bào)道,但不同陰離子的交換效果還需要更準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。本文以NiCo-C03 LDH納米片陣列為前驅(qū)體,通過陰離子交換方式,分別制備了 NiCo-OH LDH、NiCoS、NiCoP納米片陣列,測(cè)試了它們的電化學(xué)性能,并對(duì)陰離子交換效果進(jìn)行了平行比較。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)以Ni(N03)2·6H2O和 Co(N03)2·6H20為原料,CO(NH2)2為沉淀劑,采用水熱法制備NiCo-CO3 LDH納米片陣列。陣列浸泡于KOH溶液,使C032-和OH-之間進(jìn)行有效交換后,其轉(zhuǎn)化為NiCo-OHLDH納米片陣列。堿浸泡12 h前后的電極樣品在2 mA·cm-2電流密度時(shí)性能容量由1.78 F·cm-2增加至6.22F·cm-2。同時(shí),在陰離子交換過程后的NiCo-OHLDH電極具有更好的倍率性能、庫倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性。NiCo-OHLDH電極優(yōu)異的性能歸因于在納米片表面生長(zhǎng)的納米薄膜所帶來的大比表面積,并且納米片與納米薄膜接觸的層間電阻較小。由NiCo LDH與活性炭組裝的NiCo LDH//AC全固態(tài)不對(duì)稱超級(jí)電容器,在功率密度為758 W·kg-1時(shí)的能量密度為94.5 Wh·kg-1,該電容器可輕易地點(diǎn)亮LED燈。(2)通過改變合成參數(shù),獲得了NiCo-C03LDH納米片平行陣列。以此為前驅(qū)體,TAA為S源,進(jìn)行水熱陰離子交換反應(yīng),獲得了保留前驅(qū)體陣列基本形貌的鎳鉆硫化物納米陣列,納米片的厚度增大,納米陣列間距變小。作為超級(jí)電容器電極,NiCoS電極在10 mA··cm-2電流密度時(shí)的面積比電容為8.38F·cm-2,但是電極的倍率性能和穩(wěn)定性不佳。組裝成NiCoS//AC全固態(tài)不對(duì)稱電容器,在功率密度為10mW·C·cm-2時(shí),最大能量密度為0.2031 mWh·cm-2。當(dāng)功率密度增加到50mW·C·cm-2時(shí),能量密度仍可實(shí)現(xiàn)0.08523 mWh·cm-2。作為電催化劑,NiCoS電極表現(xiàn)出來良好的OER及HER催化活性。在電流密度為10mA·cm-2時(shí),OER及HER過電勢(shì)分別為282mV和108 mV,Tafel斜率分別為54 mV·dec-1和112 mV·dec-1�；陔pNiCoS電極體系下的電解水設(shè)備具有良好的使用穩(wěn)定性。(3)以NaH2PO2作為P源,以NiCo-C03LDH平行陣列為前驅(qū)體,通過磷化處理,獲得NiCoP電極。該電極具有優(yōu)異的OER及HER性能,在電流密度為10 mA·C·cm-22時(shí),OER及HER過電勢(shì)分別為220 mV和27mV;在電流密度為100 mA·C·cm-2時(shí),OER及HER過電勢(shì)分別為371 mV和125 mV,Tafel斜率分別為40.25mV·dec-1和82.72mV·dec-1。因此,NiCoP電極可作為雙功能電催化劑用于電解水過程。
【學(xué)位單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM53;TB383.1;O643.36
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 超級(jí)電容器
        1.2.1 單金屬鎳基電極材料
        1.2.2 單金屬鈷基電極材料
        1.2.3 雙金屬鎳基鈷基電極材料
    1.3 電催化
        1.3.1 鎳鈷氫氧化物電催化劑
        1.3.2 鎳鈷氧化物電催化劑
        1.3.3 鎳鈷硫化物電催化劑
        1.3.4 鎳鈷磷化物電催化劑
    1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容和意義
第二章 實(shí)驗(yàn)部分
    2.1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器
    2.2 實(shí)驗(yàn)部分
        2.2.1 預(yù)處理泡沫鎳網(wǎng)基底
3 LDH電極'>        2.2.2 水熱法制備NiCo-CO₃ LDH電極
    2.3 電極材料表征
        2.3.1 X射線衍射
        2.3.2 X射線光電子能譜
        2.3.3 掃描電子顯微鏡
        2.3.4 透射電子顯微鏡
    2.4 電荷存儲(chǔ)性能測(cè)試
        2.4.1 循環(huán)伏安測(cè)試
        2.4.2 恒電流充放電測(cè)試
        2.4.3 交流阻抗測(cè)試
        2.4.4 固態(tài)超級(jí)電容器測(cè)試
    2.5 催化劑材料電化學(xué)性能測(cè)試
第三章 Ni-Co LDH納米陣列電化學(xué)性能研究
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 制備NiCo-OH LDH納米陣列
        3.2.2 制備全固態(tài)不對(duì)稱型超級(jí)電容器
    3.3 物相表征
        3.3.1 電極材料XRD表征
        3.3.2 電極材料XPS表
        3.3.3 電極材料SEM和TEM表征
    3.4 電化學(xué)性能分析
    3.5 本章小結(jié)
第四章 NiCoS納米片平行陣列電化學(xué)性能研究
    4.1 引言
    4.2 制備NiCoS納米片平行陣列
    4.3 物相表征
        4.3.1 電極材料XRD表征
        4.3.2 電極材料XPS表征
        4.3.3 電極材料SEM和TEM表征
    4.4 電化學(xué)性能分析
    4.5 電催化性能分析
        4.5.1 電極OER和HER性能分析
        4.5.2 電極穩(wěn)定性分析
    4.6 本章小結(jié)
第五章 NiCoP納米陣列催化電解水性能研究
    5.1 引言
    5.2 制備NiCoP納米片平行陣列
    5.3 物相表征
        5.3.1 電極材料XRD表征
        5.3.2 電極材料XPS表征
        5.3.3 電極材料SEM和TEM表征
    5.4 電催化性能分析
        5.4.1 電極OER和HER性能分析
        5.4.2 電極穩(wěn)定性分析
    5.5 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間的主要論文及成果

【參考文獻(xiàn)】

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