本文選題：三元金屬硫化物　切入點(diǎn)：超級(jí)電容器　出處：《大連理工大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：超級(jí)電容器、金屬-空氣電池、電解水制氫等新型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)亟需能夠提供更大比容量、更高析氫催化活性和更優(yōu)氧還原／析氧反應(yīng)雙效催化活性的廉價(jià)電極材料。Fe基、Mn基功能化材料長(zhǎng)期以來受到眾多研究者們的關(guān)注。而現(xiàn)有研究方法大多致力于調(diào)控材料的形貌和結(jié)構(gòu),對(duì)催化劑組成的考察鮮有報(bào)道。因此,本文采用納米二氧化硅為模板制備了不同元素組成的6類含F(xiàn)e、Mn三元硫化物,并研究了它們的電容性能和電化學(xué)催化性能。在熱堿溶液中利用不同物系反應(yīng)速率差異產(chǎn)生的競(jìng)爭(zhēng)效果,在同一反應(yīng)體系中先后實(shí)現(xiàn)了二氧化硅模板劑對(duì)目標(biāo)材料的支撐和模板劑的去除,氫氧根離子對(duì)金屬離子的沉淀及后續(xù)硫離子對(duì)氫氧根的置換,制備方法簡(jiǎn)便,易分離。本文通過此犧牲模板-競(jìng)爭(zhēng)硫化法得到形貌均一的硫化鈷納米片。其中,在金屬離子濃度為6mmol·ml/1,硫單質(zhì)用量為30mg·mL-1的反應(yīng)條件下,加入模板劑后產(chǎn)物的電化學(xué)活性表面積相比于未使用模板劑增加了60%,進(jìn)一步調(diào)節(jié)模板劑加入量和金屬離子總濃度,得到較優(yōu)的反應(yīng)條件為金屬離子總濃度0.3mmol·mL-1,硫單質(zhì)用量為10mg·mL-1。在較優(yōu)的制備條件下得到納米片層結(jié)構(gòu)的(Cu2Fe)Sx并考察其電容性能,在1mol·L-1 Na2SO3電解液中1A·g-1的電流密度下比容量達(dá)437F·g-1,該容量性能在硫化銅的容量報(bào)道值中處于較高水平。同時(shí)材料在1000W·kg-1的功率密度下顯示出具有28Wh·kg-1的較大能量密度。含F(xiàn)e三元硫化物中Ni-Fe-S、Cu-Fe-S用于析氫反應(yīng)具有較好電化學(xué)催化性能,其中(Ni2Fe)Sx在高過電勢(shì)區(qū)具有最小的Tafel斜率175mV·dec-1,進(jìn)一步考察不同溫度下(Ni2Fe)Sx的析氫催化性能,根據(jù)阿倫尼烏斯方程計(jì)算得到該材料具有析氫反應(yīng)活化能12kJ·mol-1。使用斷電流法和循環(huán)伏安法考察析氫機(jī)理,得出該材料表面的析氫反應(yīng)過程為電化學(xué)脫附控制。含Mn三元硫化物Cu-Mn-S、Co-Mn-S、Ni-Mn-S均具有一定的氧還原催化活性,其中(Co2Mn)Sx顯示出較優(yōu)的氧還原/析氧反應(yīng)雙效催化活性和優(yōu)越的抗一氧化碳、甲醇毒害能力。該材料具有0.59V的氧還原/析氧總體起始電勢(shì)差,小于商業(yè)化20%Pt/C的0.68V。在500mV的析氧過電勢(shì)下,樣品(Co2Mn)Sx的析氧極化電流為Pt/C的6.3倍。
[Abstract]:New electrochemical energy storage technologies, such as supercapacitors, metal-air batteries and electrolytic water for hydrogen production, urgently need to be able to provide greater specific capacity. Low cost electrode materials with higher catalytic activity for hydrogen evolution and double catalytic activity for better oxygen reduction / oxygen evolution reaction. Fe-based mn based functionalized materials have long been concerned by many researchers. However, most of the existing research methods are devoted to regulating. The morphology and structure of the controlled materials, There are few reports on the composition of the catalyst. Therefore, six kinds of Feumn-containing ternary sulfides with different elements have been prepared by using nano-silica as template. Their capacitive properties and electrochemical catalytic properties were also studied. The competitive effects of different reaction rates in hot alkali solution were studied. In the same reaction system, the support of silica template to the target material and the removal of template agent, the precipitation of hydroxide ion to metal ion and the replacement of hydrogen and oxygen radical by subsequent sulfur ion have been realized successively, and the preparation method is simple and convenient. It is easy to separate. In this paper, a uniform cobalt sulfide nanocrystalline was obtained by sacrificial template-competitive vulcanization, in which the concentration of metal ions was 6mmol 路ml / 1, and the amount of sulfur was 30mg 路mL-1. The electrochemical active surface area of the product was increased by 60% compared with that of the unused template, and the addition of template agent and the total concentration of metal ions were further regulated. The optimum reaction conditions were obtained as follows: the total concentration of metal ions was 0.3 mmol 路mL -1, and the amount of sulfur was 10 mg 路mL -1. Under the optimum preparation conditions, the Cu _ 2Fe _ 2O _ x nanolamellae was obtained and its capacitive properties were investigated. The specific capacity of 1A 路g-1 in 1mol 路L ~ (-1) Na2SO3 electrolyte was 437F 路g ~ (-1), which was higher than the reported capacity of copper sulphide. At the power density of 1000W 路kg-1, the material showed a high energy density of 28Wh 路kg-1. Ni-Fe-Sn-Cu-Fe-S in ternary sulfides has good electrochemical catalytic performance for hydrogen evolution. Among them, Ni2FeSx has the smallest Tafel slope of 175mV 路dec-1 in the high over-potential region. The catalytic performance of Ni _ 2FeN _ (Sx) for hydrogen evolution at different temperatures is further investigated. According to Arrhenius equation, the activation energy of hydrogen evolution reaction was calculated by 12 kJ 路mol -1. The mechanism of hydrogen evolution was investigated by means of cut-current method and cyclic voltammetry. It is concluded that the process of hydrogen evolution on the surface of this material is controlled by electrochemical desorption. Co2MnSx showed excellent catalytic activity for oxygen reduction / oxygen evolution and excellent ability to resist carbon monoxide and methanol toxicity. The material has a 0.59 V initial potential difference in oxygen reduction / oxygen evolution. It is less than 0.68 V of commercial PT / C. At 500mV oxygen evolution overpotential, the polarization current of oxygen evolution of sample Co _ 2MnN _ x is 6.3 times that of Pt/C.
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ125.12;O646.54

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