【摘要】：生長于柔韌基底上的三維納米結(jié)構(gòu)陣列電極在柔性電子元件的應(yīng)用上顯示出極大的潛力。本論文設(shè)計制備了一系列生長于碳布上的Ni-Co基氫氧化物納米材料,并對其電容行為進(jìn)行了研究。同時,考慮到Ni-Co基化合物在電催化領(lǐng)域的優(yōu)秀表現(xiàn),我們也對所合成的納米陣列電極催化析氧反應(yīng)的行為進(jìn)行了探討。首先,研究了制備高性能電極的Ni-Co氫氧化物陣列的原位轉(zhuǎn)化過程。通過常用的水熱手段得到在碳布上生長的Ni-Co堿式碳酸鹽納米針狀陣列,其在堿液中浸泡后逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镹i-Co羥基氧化物納米線支撐的納米片陣列。隨著浸泡時間的增加,在1 mA·cm-2的電流密度下其容量從281 mF·cm-2顯著增加到3900 mF·cm-2。并且?guī)靷愋室部蛇_(dá)到了100%。這種納米線支撐納米薄片陣列具有通暢的傳質(zhì)通道、大的比表面積為電解液離子的擴(kuò)散和表面接觸提供便利,同時其三維結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高,保證了電極具有很好的電容性能。此外,由相應(yīng)電極片組裝的不對稱電容器在堿液中浸泡24 h后面積比電容也有增加。其次,討論了不同Ni/Co摩爾比對電極原位轉(zhuǎn)化效果的影響。發(fā)現(xiàn)改變Ni和Co組分的相對含量對電化學(xué)性能有明顯影響。當(dāng)Ni/Co= 1.5:1時,電極材料的性能最優(yōu)。在6 mol·L-1 KOH中,2.0 mA·cm-2的電流密度下電容由初始的1987.6 mF·cm-2增大到4543.8 mF·cm-2。從樣品浸泡前后的阻抗譜,以及單組分堿式碳酸鹽的形貌變化,可以判斷Co和Ni組分在形貌及電化學(xué)性能中的作用。Ni-Co堿式碳酸鹽陣列納米針陣列的形成是Co化合物的生長習(xí)慣所致,而納米針向納米薄片的轉(zhuǎn)變是由于Ni氫氧化物的生長趨勢所誘導(dǎo),Co組分對浸泡過程的電容值變化影響較大。Ni組分可改善電極導(dǎo)電能力。最后,碳布可以作為柔性基底,形成高催化活性的OER電極。通過水熱法在碳布上生長Ni-Co-Fe堿式碳酸鹽納米針陣列電極,實驗結(jié)果表明,初始的Ni-Co-Fe/CC碳酸鹽電極在10 mA·cm-2的電流密度下的過電勢為402 mV,有最小的Tafel斜率為72 mV·dec-1,而在6 mol·L-1 KOH的溶液中浸泡10h后η10最小,為340mV。
[Abstract]:Three-dimensional nanostructured array electrodes grown on flexible substrates show great potential in the application of flexible electronic components. In this paper, a series of Ni-Co based hydroxide nanomaterials grown on carbon cloth have been designed and prepared, and their capacitance behavior has been studied. At the same time, considering the excellent performance of Ni-Co based compounds in the field of electrocatalysis, we also discussed the behavior of the synthesized nanoscale array electrodes for catalytic oxygen evolution. Firstly, the in situ conversion of Ni-Co hydroxide arrays with high performance electrodes was studied. The Ni-Co basic carbonate nanowire arrays grown on carbon cloth were prepared by hydrothermal method. After soaking in alkali solution, they were gradually transformed into Ni-Co hydroxyl oxide nanowires supported by nanowires. With the increase of soaking time, its capacity increased significantly from 281 mF cm-2 to 3900 mF cm-2. at 1 mA cm-2 current density. And Coulomb efficiency can also reach 100. The nanowire supported nanoscale array has a smooth mass transfer channel and a large specific surface area to facilitate the diffusion and surface contact of electrolyte ions. At the same time, the three-dimensional structure stability of the nanowire array is high, which ensures the electrode has good capacitance performance. In addition, the area specific capacitance of the asymmetric capacitor assembled by the corresponding electrode sheet increased after immersion in the alkaline solution for 24 hours. Secondly, the effect of different molar ratio of Ni/Co on in situ conversion of the electrode was discussed. It is found that changing the relative content of Ni and Co has a significant effect on the electrochemical performance. When Ni/Co= is 1.5: 1, the electrode material has the best performance. In 6 mol L-1 KOH, the capacitance of 2.0 mA cm-2 increased from 1987.6 mF cm-2 to 4543.8 mF cm-2. at current density. From the impedance spectrum of the sample before and after soaking, as well as the morphology change of the one-component basic carbonate, The effects of Co and Ni components on morphology and electrochemical properties can be judged. The formation of Ni-Co basic carbonate array nano-needle arrays is due to the growth habits of Co compounds. However, the transition from nano-needle to nanoscale is induced by the growth trend of Ni hydroxide, and the Co component has a great effect on the change of capacitance during soaking. The Ni component can improve the conductivity of the electrode. Finally, carbon cloth can be used as a flexible substrate to form OER electrode with high catalytic activity. Ni-Co-Fe basic carbonate nano-needle array electrodes were grown on carbon cloth by hydrothermal method. The experimental results show that the initial Ni-Co-Fe/CC carbonate electrode has an overpotential of 402 mV, at 10 mA cm-2 current density. The smallest Tafel slope was 72 mV dec-1, and the minimum 畏 10 was 340 MV after immersion in 6 mol L-1 KOH solution for 10 h.
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O646;TB383.1

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本文編號：2375273