本文關(guān)鍵詞：基于金屬草酸鹽構(gòu)筑高效電催化劑及其電催化分解水性能研究

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【摘要】：能源與環(huán)境成為困擾當(dāng)前人類社會可持續(xù)發(fā)展的難題。發(fā)展清潔、綠色、可持續(xù)的新能源一直是人們研究的熱點(diǎn)。水是地球上存在最廣泛的物質(zhì),近些年來電解水制氫備受關(guān)注,它有望緩解能源問題和化石燃料燃燒的污染問題。電解水的瓶頸在于析氧反應(yīng)過程緩慢,過電位相對高,使電解水能耗偏高效率低下。貴金屬電催化劑能夠提高反應(yīng)效率,但是其高昂的成本限制了其大規(guī)模應(yīng)用。因此研究主要集中在提高非貴金屬電催化劑的活性,降低電解水的過電位和獲得理想的陰陽極電流密度。事實(shí)上,近期研究表明過渡金屬元素催化劑具有與貴金屬催化劑相媲美的催化活性。本論文旨在合成一類基于過渡金屬草酸鹽的廉價、高效電催化材料,研究此類電催化劑材料在不同介質(zhì)中的電催化分解水行為,并討論電催化過程的機(jī)理。主要內(nèi)容有:1、利用簡單的溶劑熱法合成了草酸鈷電催化材料。通過合理調(diào)整溶劑的組成可以容易地控制草酸鈷的形貌。水相有利于生成草酸鈷微米多面體,而草酸鈷微米棒在乙二醇溶劑中易于得到。兩種草酸鈷電催化劑在堿性介質(zhì)中表現(xiàn)出不同的析氧活性,它們的析氧活性與其比表面積和本征電化學(xué)活性位密切相關(guān)。通過拉曼光譜和X-射線光電子能譜揭示了草酸鈷電催化材料的析氧機(jī)理,在析氧過程中產(chǎn)生高價態(tài)鈷是電催化性能提高的主要原因。2、利用上述相似的合成方法,制備了草酸鎳鈷固溶體型電催化劑。這種草酸鎳鈷固溶體沿襲了草酸鈷的形貌,其表面形貌主要受溶劑決定。使用X-射線衍射、掃描電鏡和紅外光譜等手段表征了草酸鎳鈷固溶體催化劑的結(jié)構(gòu)、形貌特征。在這一系列電催化劑中,草酸鎳幾乎沒有析氧性能,而隨著鈷引入量的增加,電流密度逐漸增大。值得注意的是,草酸鎳鈷固溶體的電流密度相較于單一草酸鎳和單一草酸鈷有很大的提高,而其過電位相對也較低。恒電壓計時電流測試結(jié)果表明草酸鎳鈷固溶體在堿液中具有穩(wěn)定的析氧活性。3、以草酸鈷微米多面體為前驅(qū)體,通過低溫磷化處理得到一系列磷化鈷(Co2P)電催化材料。與前驅(qū)體不同的是,磷化鈷表現(xiàn)出一種形貌均勻的納米棒結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明磷化溫度和次磷酸鈉用量能夠影響Co2P的電催化性能。Co2P電催化劑在酸性介質(zhì)中展現(xiàn)了優(yōu)異的析氫活性。同時還在堿性介質(zhì)中測試了Co2P電催化劑全解水的活性,Co2P的析氫活性和析氧活性都展現(xiàn)了優(yōu)異的性能。恒電壓計時電流和恒電流計時電位測試結(jié)果表明了Co2P電催化材料的穩(wěn)定的析氫活性和析氧活性。
【關(guān)鍵詞】：草酸鈷 草酸鎳鈷固溶體 磷化鈷 析氧反應(yīng) 析氫反應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：西華師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 前言9-10
• 1.2 析氫電極材料的研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 磷化物10-11
• 1.2.2 硫化物11-12
• 1.2.3 硒化物12-13
• 1.3 析氧電極材料的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.1 Co基催化劑13-15
• 1.3.2 Ni基催化劑15
• 1.4 電催化劑的制備方法15-18
• 1.4.1 水熱/溶劑熱法15-16
• 1.4.2 沉淀法16-17
• 1.4.3 電化學(xué)沉積法17
• 1.4.4 模板合成法17-18
• 1.5 本論文的研究內(nèi)容及意義18-20
• 第2章 高效、廉價微米結(jié)構(gòu)草酸鈷電催化劑的合成及其電催化析氧性能研究20-33
• 2.1 前言20-21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分21-22
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑21
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器21
• 2.2.3 電催化劑的制備21
• 2.2.4 催化劑電極的制備21-22
• 2.2.5 催化劑的電化學(xué)性能測試22
• 2.2.6 電催化劑的表征22
• 2.3 結(jié)果與討論22-32
• 2.3.1 形貌分析22-24
• 2.3.2 物相結(jié)構(gòu)分析24-25
• 2.3.3 電催化劑性能分析25-28
• 2.3.4 催化劑析氧機(jī)理分析28-32
• 2.4 結(jié)論32-33
• 第3章 草酸鎳鈷固溶體型電催化劑的合成及其電催化析氧性能研究33-43
• 3.1 前言33
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分33-35
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑33-34
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器34
• 3.2.3 電催化劑的制備34-35
• 3.2.4 催化劑電極的制備35
• 3.2.5 催化劑的電化學(xué)性能測試35
• 3.2.6 電催化劑的表征35
• 3.3 結(jié)果與討論35-42
• 3.3.1 形貌及能譜分析35-37
• 3.3.2 物相結(jié)構(gòu)分析37-38
• 3.3.3 紅外光譜分析38
• 3.3.4 電化學(xué)性能分析38-40
• 3.3.5 析氧機(jī)理研究40-42
• 3.4 結(jié)論42-43
• 第4章 草酸鈷衍生的Co_2P納米棒作為全分解水型電催化劑43-56
• 4.1 前言43
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分43-45
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑43-44
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器44
• 4.2.3 電催化劑的制備44
• 4.2.4 催化劑電極的制備44-45
• 4.2.5 催化劑的電化學(xué)性能測試45
• 4.2.6 電催化劑的表征45
• 4.3 結(jié)果與討論45-55
• 4.3.1 物相結(jié)構(gòu)分析45-46
• 4.3.2 形貌及能譜分析46-48
• 4.3.3 組成分析48-49
• 4.3.4 電化學(xué)性能測試分析49-55
• 4.4 結(jié)論55-56
• 第5章 全文總結(jié)與展望56-58
• 5.1 結(jié)論56
• 5.2 存在的問題與展望56-58
• 參考文獻(xiàn)58-70
• 致謝70-73
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文73

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