本文選題：水分解 + 電化學(xué)��； 參考：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：電催化水解被認(rèn)為是可持續(xù)與可再生能源轉(zhuǎn)移和儲(chǔ)存的一個(gè)重要的途徑。然而,電解水的效率很大程度上被析氧反應(yīng)(OER)的多電子動(dòng)力學(xué)遲緩效應(yīng)所限制。眾所周知,諸如IrOx和RuOx的貴金屬材料被認(rèn)為是一類(lèi)高活性的OER電催化劑。然而它們的造價(jià)昂貴且數(shù)量稀少,這很大程度上阻止了它們大規(guī)模應(yīng)用。因此,尋找用來(lái)替代貴金屬進(jìn)行OER反應(yīng)的低成本且持久性強(qiáng)的電催化劑是必要的。本文利用在常溫下的共沉淀方法,制備出具有高效電催化性能的氫氧化鎳納米片和鉻摻雜鎳鐵水滑石納米片電催化劑材料,并分別通過(guò)增加缺陷位數(shù)和電子離域作用從本質(zhì)上提升了鎳基催化材料的電催化析氧性能。具體研究?jī)?nèi)容如下:1.電子離域促進(jìn)層狀氫氧化物電催化析氧性能研究對(duì)于可持續(xù)的能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)來(lái)說(shuō)發(fā)展高性能的析氧反應(yīng)(OER)電催化劑非常重要。通過(guò)摻雜未配對(duì)d電子的過(guò)渡金屬離子,使活性位點(diǎn)附近的電子離域分布,顯著地促進(jìn)鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物(LDH)中活性位點(diǎn)的電子給予并且將電荷轉(zhuǎn)移勢(shì)壘降低了一個(gè)量級(jí)以此來(lái)獲得高性能的OER性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,鉻摻雜的鎳鐵氫氧化物可以在過(guò)電勢(shì)為235 mV時(shí)獲得10 mA.cm-2的電流并且獲得了約為39mV/dec的低塔菲爾斜率。X射線吸收近邊譜(XANES)和理論計(jì)算揭示了鉻和鎳離子間d軌道的重疊可以通過(guò)移位鎳活性位點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)將約0.3個(gè)電子通過(guò)π給予從Ni2+轉(zhuǎn)移到鄰近的Cr (Fe)離子中,明顯降低了水分子的自由吸附能到-1.45 eV,從而獲得了高效的OER性能。2.氫氧化鎳納米片電催化析氧性能研究尋求低成本以及高效率的電催化析氧反應(yīng)(OER)催化劑是我們的目標(biāo),因?yàn)槠湓谀茉磧?chǔ)存和清潔能源方面具有應(yīng)用潛力。通過(guò)制備多缺陷的Ni(OH)2納米片,它較小的特性并具有克服尺度效應(yīng)的部分能力,且具有更多的表面活性位點(diǎn)并且參與了反應(yīng),因此在OER方面表現(xiàn)了好性能。結(jié)果顯示在1MKOH與0.1M KOH下僅需要285 mV和330 mV的過(guò)電勢(shì)驅(qū)動(dòng)就可以達(dá)到10 mA.cm2并且塔菲爾斜率優(yōu)于IrO2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Ni(OH)2納米片在不同堿性條件下表現(xiàn)穩(wěn)定,并且展示了可以在1MKOH條件下連續(xù)運(yùn)行超過(guò)15h性能不降的良好穩(wěn)定性。
[Abstract]:Electrocatalytic hydrolysis is considered to be an important approach to the transfer and storage of renewable and renewable energy. However, the efficiency of electrolyzed water is largely limited by the multi electron kinetic retardation effect of the oxygen evolution reaction (OER). It is known that precious metals such as IrOx and RuOx are considered to be a class of highly active OER electrocatalysts. They are expensive and rare, which largely prevents their large-scale application. Therefore, it is necessary to find a low cost and durable electrocatalyst for OER reaction instead of precious metals. The electrocatalytic properties of nickel based catalytic materials are enhanced by increasing the number of defects and electronic delocalization. The specific content of the study is as follows: 1. the study of electrocatalysis for Electrocatalysis of layered hydroxides in layered hydroxides has been studied for sustainable energy conversion and storage. It is said that the development of the high performance oxygen evolution (OER) electrocatalyst is very important. By doping the transition metal ions of the unpaired d electrons, the electron off domain distribution near the active site can significantly promote the electron delivery of the active site in the nickel iron layered double metal hydroxide (LDH) and reduce the charge barrier by one order of magnitude. The performance of high performance OER is obtained. The experimental results show that chromium doped nickel iron hydroxide can obtain 10 mA.cm-2 current at a over potential of 235 mV and obtain a low Tafel slope.X ray absorption near edge spectrum (XANES) about 39mV/dec and theoretical calculations reveal that the overlap of D orbits between chromium and nickel ions can be achieved by shifting nickel active sites. The electronic structure of point 0.3 electrons transfer from Ni2+ to the adjacent Cr (Fe) ion through PI, which obviously reduces the free adsorption energy of water molecules to -1.45 eV, thus obtaining the efficient OER performance of.2. nickel hydroxide nanoscale electrocatalytic oxygen evolution performance research to seek low cost and high efficiency electrocatalytic oxygen evolution reaction (OER) catalyst. It is our goal, because it has potential applications in energy storage and clean energy. By preparing a multi defect Ni (OH) 2 nanoscale, it has small properties and has some ability to overcome the scale effect, and has more surface active sites and participates in the reaction, so it shows good performance in OER. The result shows in 1MKO H and 0.1M KOH only need 285 mV and 330 mV over electric potential drive to reach 10 mA.cm2 and the Tafel slope is superior to IrO2. experimental results. The results show that Ni (OH) 2 nanometers are stable under different alkaline conditions, and show the good stability that can run over 15h performance under 1MKOH conditions.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：O643.36

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本文編號(hào)：2078447