三維多級結(jié)構(gòu)電極材料的可控制備、表征及電催化氧化生物質(zhì)性能研究
發(fā)布時間：2021-01-17 03:01
目前許多碳基材料,如煤、天然氣、石油等不可持續(xù)資源日益耗減,能源需求增大和環(huán)境污染問題,激勵著研究人員尋求可替代能源和能量存儲裝置。氫能是較為有應用前景的可再生能源。工業(yè)上產(chǎn)氫的方式主要有電解水制氫、煤氣化制氫、重油及天然氣催化轉(zhuǎn)化制氫等。這其中電解水制氫是一個重要的途徑,其核心反應是析氧和析氫反應。其中,析氧反應高度依賴溶液的pH值,且為動力學慢反應,因此開發(fā)經(jīng)濟、高效的析氧反應催化劑對于提升電解水產(chǎn)氫的效率,以及與之相關(guān)的燃料電池、儲能領(lǐng)域的應用具有重要意義。到目前為止,大量電催化材料已經(jīng)被設(shè)計和合成出來用于提高析氧反應性能。本論文研究的內(nèi)容針對目前析氧反應的特點及研究現(xiàn)狀,以泡沫鎳、泡沫銅為基體,在其表面原位生長形貌、組成可控的納米結(jié)構(gòu)單元,構(gòu)筑具有高機械強度、高活性的三維多級結(jié)構(gòu)電極材料,研究材料的組成、結(jié)構(gòu)等對電催化析氧反應性能的影響,并將其應用于生物質(zhì)平臺分子的電催化氧化,為新型高效電催化材料的設(shè)計和制備提供新的思路和方法,具體研究內(nèi)容包括以下兩部分。1.利用水熱法在泡沫鎳表面原位生長垂直于骨架結(jié)構(gòu)的鎳鋁水滑石前體材料。通過離子交換法,將含有B、P元素的陰離子引入到水滑石層...
【文章來源】：北京化工大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：86 頁
【學位級別】：碩士
【圖文】：
圖１－１水滑石類材料層狀結(jié)構(gòu)的示意圖Ａ??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌａｙｅｒｅｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｈｙｄｒｏｔａｌｃｉｔｅ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ．??
ｏｆ?Ｎｉ（ｂ），?Ｂ（ｃ），?Ａｌ（ｄ）?ｅｌｅｍｅｎｔｓ．??３．３．１．４掃描電鏡（ＳＥＭ）表征??通過掃描電鏡對所得的系列鎳基電極材料的表面結(jié)構(gòu)和形貌進行表征，如圖３－５??所示，圖３－５ａ是空白泡沫鎳骨架結(jié)構(gòu)，經(jīng)除油、去氧化層處理后，可以看到泡沫鎳表??面光滑。圖３－５ｂ、ｃ是制備的ＮｉＡｌ－ＬＤＨ／ＮＦ前體在不同放大倍率下的ＳＥＭ圖片，從??圖中可以看到，二維納米片結(jié)構(gòu)垂直生長于泡沫鎳的骨架表面，構(gòu)成蜂窩狀的開放式??的孔道結(jié)構(gòu)，單個納米片的大小為３００？５００?ｎｍ、厚度為１０？２０?ｒｎｎ。圖３－５ｄ是??ＮｉＡｌ－ＬＤＨ／ＮＦ前體直接在氫氣氣氛下高溫還原后，結(jié)構(gòu)基本不變，片狀結(jié)構(gòu)表面依然??光滑。圖３－５ｅ是經(jīng)離子交換后的ＮｉＡｌ－Ｂ〇３３＿－ＬＤＨ／ＮＦ中間體的形貌，可以看到與交換??前的形貌相比，二維納米片兩面有一層細小的褶皺。圖３－５ｆ是硼酸根插層的??ＮｉＡｌ－Ｂ〇３３＿－ＬＤＨ／ＮＦ中間體經(jīng)高溫還原后得到的ＮｉＢ－Ａｌ２〇３／ＮＦ樣品
采用三電極體系研宄所得ＮｉＢ－ＡｂＣｂ／ＮＦ電極催化材料的析氧催化活性，同時作??為對比，研宄了經(jīng)預處理的空白ＮｉＦｏａｍ、Ｎｉ－Ａｌ２〇３／ＮＦ、ＮｉＢ－Ａｋ〇３／ＮＦ這三種鎳基電??極材料的析氧性能。圖３－７是經(jīng)過ｉＲ補償（消除溶液電阻造成的實際施加電壓小于理??論值的誤差）校正后的線性掃描伏安曲線（極化曲線）。測試條件是：電解液是１．０??ｍｏｌ?Ｌ－１的ＫＯＨ，掃速是ＳｍＶＹ１，測試過程中電解液加以攪拌，轉(zhuǎn)速１〇〇〇卬ｍ，用??來盡量減少氣泡的積聚。圖３－７ａ中的極曲線給出了某一電流密度下對應的電位值，??當電流密度分別達到１０?ｍＡ?ｃｍ－２和５０?ｍＡｘｍ＿２時，ＮｉＢ－Ａｂ〇３／ＮＦ樣品的過電位在２２１??ｍＶ、３３１?ｍＶ?左右，與?Ｎｉ?Ｆｏａｍ?（３６３?ｍＶ、４１２?ｍＶ）、Ｎｉ－Ａｌ２〇３／ＮＦ?（２５８?ｍＶ、３８３?ｍＶ）??兩個樣品相比，ＮｉＢ－Ａｈ〇３／ＮＦ樣品顯示出非常好的電催化析氧活性。（除了特殊說明，??文章中出現(xiàn)的電位均己換算成可逆電極ＲＨＥ的標準電位）。因為極化曲線中，在起??始電位所處的范圍內(nèi)
【參考文獻】：
期刊論文
[1]One-Pot Microwave-Assisted Synthesis of Graphene/Layered Double Hydroxide（LDH） Nanohybrids[J]. Sunil P.Lonkar,Jean-Marie Raquez,Philippe Dubois. Nano-Micro Letters. 2015(04)
[2]硼酸根插層水滑石層間組成及取向結(jié)構(gòu)的控制[J]. 李素鋒,李殿卿,史翎,楊蘭,蒲敏,Evans,D.G.,段雪. 化學學報. 2004(13)
本文編號：2982068
【文章來源】：北京化工大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：86 頁
【學位級別】：碩士
【圖文】：
圖１－１水滑石類材料層狀結(jié)構(gòu)的示意圖Ａ??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌａｙｅｒｅｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｈｙｄｒｏｔａｌｃｉｔｅ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ．??
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采用三電極體系研宄所得ＮｉＢ－ＡｂＣｂ／ＮＦ電極催化材料的析氧催化活性，同時作??為對比，研宄了經(jīng)預處理的空白ＮｉＦｏａｍ、Ｎｉ－Ａｌ２〇３／ＮＦ、ＮｉＢ－Ａｋ〇３／ＮＦ這三種鎳基電??極材料的析氧性能。圖３－７是經(jīng)過ｉＲ補償（消除溶液電阻造成的實際施加電壓小于理??論值的誤差）校正后的線性掃描伏安曲線（極化曲線）。測試條件是：電解液是１．０??ｍｏｌ?Ｌ－１的ＫＯＨ，掃速是ＳｍＶＹ１，測試過程中電解液加以攪拌，轉(zhuǎn)速１〇〇〇卬ｍ，用??來盡量減少氣泡的積聚。圖３－７ａ中的極曲線給出了某一電流密度下對應的電位值，??當電流密度分別達到１０?ｍＡ?ｃｍ－２和５０?ｍＡｘｍ＿２時，ＮｉＢ－Ａｂ〇３／ＮＦ樣品的過電位在２２１??ｍＶ、３３１?ｍＶ?左右，與?Ｎｉ?Ｆｏａｍ?（３６３?ｍＶ、４１２?ｍＶ）、Ｎｉ－Ａｌ２〇３／ＮＦ?（２５８?ｍＶ、３８３?ｍＶ）??兩個樣品相比，ＮｉＢ－Ａｈ〇３／ＮＦ樣品顯示出非常好的電催化析氧活性。（除了特殊說明，??文章中出現(xiàn)的電位均己換算成可逆電極ＲＨＥ的標準電位）。因為極化曲線中，在起??始電位所處的范圍內(nèi)
【參考文獻】：
期刊論文
[1]One-Pot Microwave-Assisted Synthesis of Graphene/Layered Double Hydroxide（LDH） Nanohybrids[J]. Sunil P.Lonkar,Jean-Marie Raquez,Philippe Dubois. Nano-Micro Letters. 2015(04)
[2]硼酸根插層水滑石層間組成及取向結(jié)構(gòu)的控制[J]. 李素鋒,李殿卿,史翎,楊蘭,蒲敏,Evans,D.G.,段雪. 化學學報. 2004(13)
本文編號：2982068
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