人類社會正面臨日益嚴峻的能源危機和環(huán)境問題,尋找清潔的可再生能源,并發(fā)展高效的能源轉化與存儲形式,是維持人類社會可持續(xù)發(fā)展的唯一途徑。電化學過程是能量存儲、新型能源轉化的重要方式,而電極材料在電化學過程中扮演著重要角色。Ni-Co基化合物是重要的電極材料,其價態(tài)可變、結構穩(wěn)定并且儲量豐富。同時,通過在導電基底上直接生長的方式獲得的“自支撐”Ni-Co基納米結構,其電極內(nèi)阻小,比表面積大,可暴露更多的活性位點,加速物質傳輸能力,因此在超級電容器和電解水領域有廣泛用途。已經(jīng)有大量通過陰離子交換方式,提升Ni-Co納米結構電極性能的報道,但不同陰離子的交換效果還需要更準確的評價。本文以NiCo-C03 LDH納米片陣列為前驅體,通過陰離子交換方式,分別制備了 NiCo-OH LDH、NiCoS、NiCoP納米片陣列,測試了它們的電化學性能,并對陰離子交換效果進行了平行比較。本文主要研究內(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-之間進行有效交換后,其轉化為NiCo-OHLDH納米片陣列。堿浸泡12 h前后的電極樣品在2 mA·cm-2電流密度時性能容量由1.78 F·cm-2增加至6.22F·cm-2。同時,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)不對稱超級電容器,在功率密度為758 W·kg-1時的能量密度為94.5 Wh·kg-1,該電容器可輕易地點亮LED燈。(2)通過改變合成參數(shù),獲得了NiCo-C03LDH納米片平行陣列。以此為前驅體,TAA為S源,進行水熱陰離子交換反應,獲得了保留前驅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。作為超級電容器電極,NiCoS電極在10 mA··cm-2電流密度時的面積比電容為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)不對稱電容器,在功率密度為10mW·C·cm-2時,最大能量密度為0.2031 mWh·cm-2。當功率密度增加到50mW·C·cm-2時,能量密度仍可實現(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,OER及HER過電勢分別為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,OER及HER過電勢分別為220 mV和27mV;在電流密度為100 mA·C·cm-2時,OER及HER過電勢分別為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。
【學位單位】：廣西大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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 論文主要研究內(nèi)容和意義
第二章 實驗部分
    2.1 實驗原料與儀器
    2.2 實驗部分
        2.2.1 預處理泡沫鎳網(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 電荷存儲性能測試
        2.4.1 循環(huán)伏安測試
        2.4.2 恒電流充放電測試
        2.4.3 交流阻抗測試
        2.4.4 固態(tài)超級電容器測試
    2.5 催化劑材料電化學性能測試
第三章 Ni-Co LDH納米陣列電化學性能研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 制備NiCo-OH LDH納米陣列
        3.2.2 制備全固態(tài)不對稱型超級電容器
    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 電化學性能分析
    3.5 本章小結
第四章 NiCoS納米片平行陣列電化學性能研究
    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
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
第六章 結論
參考文獻
致謝
攻讀學位期間的主要論文及成果

【參考文獻】

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本文編號：2854641