本文關(guān)鍵詞：鎳基材料的制備及其在電化學(xué)中的應(yīng)用

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【摘要】：傳統(tǒng)能源的大量使用,造成環(huán)境污染和能源浪費(fèi)。燃料電池因具有燃料來源廣泛、環(huán)境友好、結(jié)構(gòu)簡單、較高的能源轉(zhuǎn)化效率等優(yōu)點(diǎn),是一種理想的綠色發(fā)電裝置。甲醇有高的能源密度,且相比氫氣安全易儲(chǔ)存,因此直接甲醇燃料電池(DMFC)得到廣泛關(guān)注。DMFC的電極材料多采用貴金屬材料,但是貴金屬Pt、Pd價(jià)格昂貴,儲(chǔ)量少,并且易與CO中間產(chǎn)物結(jié)合而中毒。堿性直接甲醇燃料電池可利用非貴金屬作為電極材料例如Ag、Ni、Co等,并且不易與CO中間產(chǎn)物結(jié)合中毒而得到人們的重視。另外,利用電化學(xué)(太陽能)電解水制氫是解決當(dāng)前社會(huì)能源危機(jī)和環(huán)境污染的理想方式。電解水分解有兩個(gè)半反應(yīng),產(chǎn)氫反應(yīng)和產(chǎn)氧反應(yīng)。產(chǎn)氧反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程緩慢,導(dǎo)致陽極產(chǎn)氧過電位高、能源損失多、消耗較高電能,因此電化學(xué)分解水產(chǎn)氧反應(yīng)是水分解的控制反應(yīng),而產(chǎn)氧反應(yīng)多采用含貴金屬的催化劑,如銥、釕等,但是貴金屬儲(chǔ)量少、價(jià)格高,因此不能大面積應(yīng)用。而儲(chǔ)量多、非貴金屬催化劑也能用于電催化產(chǎn)氧反應(yīng),例如鈷、鎳、錳及其它們的氧化物/氫氧化物�；瘜W(xué)電池所產(chǎn)生的電,需要合適的儲(chǔ)能裝置,而電化學(xué)電容器具有很高的能源容量、充放電速率快和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn),是一種重點(diǎn)研究的儲(chǔ)能裝置。電化學(xué)電容器電極的材料多采用高比表面的碳材料、金屬氧化物/氫氧化物和導(dǎo)電聚合物材料。堿性直接甲醇燃料電池、電化學(xué)電容器和產(chǎn)氧反應(yīng)的發(fā)展都離不開電極催化劑的開發(fā)。鎳基催化劑材料可作為堿性直接甲醇燃料電池、電化學(xué)電容器和產(chǎn)氧反應(yīng)的電極材料,其在堿性直接甲醇燃料電池、電化學(xué)電容器和產(chǎn)氧反應(yīng)中的應(yīng)用逐漸受到人們的廣泛關(guān)注。本文我們合成不同鎳基材料,并將其用于堿性直接甲醇燃料電池、電化學(xué)電容器和電化學(xué)產(chǎn)氧反應(yīng)中。主要研究如下:1.利用水熱法制得微孔磷酸鎳VSB-5及添加不同氧化石墨量制得的摻雜石墨烯的鎳磷氧復(fù)合材料NiPO/G-X。通過掃描電子顯微鏡、拉曼光譜儀、X射線衍射儀、紫外可見分光光度計(jì)、X射線光電子能譜儀等方法對催化劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。采用循環(huán)伏安法、計(jì)時(shí)電流法考察不同催化劑對電催化甲醇氧化性能的影響。同時(shí)將磷酸鎳及摻雜石墨烯的鎳磷氧復(fù)合材料用于電催化產(chǎn)氧反應(yīng),采用循環(huán)伏安法、線性掃描伏安法考察催化劑對電催化水產(chǎn)氧反應(yīng)的效果。2.利用氫氣500℃還原磷酸鎳及摻雜石墨烯的鎳磷氧復(fù)合材料,制得磷化鎳及磷化鎳/石墨烯催化劑(NiP/G-X)。通過掃描電子顯微鏡、拉曼光譜儀、X射線衍射儀、傅立葉變換紅外光譜儀等方法對催化劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。采用循環(huán)伏安法、計(jì)時(shí)電流法考察催化劑對電催化甲醇氧化性能的影響。同時(shí)將磷化鎳、磷化鎳/石墨烯復(fù)合材料用于電催化產(chǎn)氧反應(yīng),采用循環(huán)伏安法、線性掃描伏安法考察催化劑對電催化水產(chǎn)氧反應(yīng)的效果。3.以硼氫化鈉作堿源、硼源,采用一鍋法制備B-Ni(OH)_2納米材料,然后通過煅燒得到B-NiO納米材料,同時(shí)利用相同方法,把硼氫化鈉換成氫氧化鈉制備Ni(OH)_2納米材料,通過煅燒得到對比材料NiO。通過粉末X射線衍射儀、X射線光電子能譜、高分辨率透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、比表面和孔徑分析測定儀等方法對B-NiO催化劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。采用循環(huán)伏安法、恒電流充放電法考察材料B-NiO、NiO的電容性能。4.將介孔磷酸鎳NiPO-1、NiPO-2和摻硅磷酸鎳Si-NiPO-1、Si-NiPO-2用于電催化水產(chǎn)氧反應(yīng),采用循環(huán)伏安法、線性掃描伏安法考察催化劑對電催化水產(chǎn)氧反應(yīng)的效果。
【關(guān)鍵詞】：鎳基材料 堿性直接甲醇燃料電池 電化學(xué)電容器 產(chǎn)氧反應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;O646
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 緒論12-36
• 1.1 概述12-13
• 1.2 燃料電池概述13-20
• 1.2.1 燃料電池的特點(diǎn)13-14
• 1.2.2 燃料電池的分類14-17
• 1.2.3 直接甲醇燃料電池17-19
• 1.2.4 堿性直接甲醇燃料電池19-20
• 1.2.5 電催化甲醇氧化電極材料電化學(xué)測試方法20
• 1.3 電化學(xué)電容器概述20-23
• 1.3.1 電化學(xué)電容器結(jié)構(gòu)21
• 1.3.2 電化學(xué)電容器儲(chǔ)電原理21
• 1.3.3 電化學(xué)電容器電極材料的研究進(jìn)展21-22
• 1.3.4 電化學(xué)電容器測試方法22-23
• 1.4 電化學(xué)電解水產(chǎn)氧概述23-26
• 1.4.1 電催化產(chǎn)氧電極材料研究現(xiàn)狀24-25
• 1.4.2 含鎳電催化產(chǎn)氧材料的研究現(xiàn)狀25-26
• 1.5 課題的研究的主要內(nèi)容26-27
• 參考文獻(xiàn)27-36
• 2 摻雜石墨烯的鎳磷氧復(fù)合材料在電催化甲醇氧化和水氧化產(chǎn)氧中的應(yīng)用36-58
• 2.1 引言36-37
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分37-39
• 2.2.1 主要實(shí)驗(yàn)試劑37
• 2.2.2 主要實(shí)驗(yàn)儀器37
• 2.2.3 催化劑的制備37-38
• 2.2.4 電催化甲醇氧化性能38
• 2.2.5 電催化水氧化產(chǎn)氧性能38-39
• 2.2.6 表征39
• 2.3 結(jié)果與討論39-54
• 2.3.1 摻雜石墨烯的鎳磷氧復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征39-45
• 2.3.2 摻雜石墨烯的鎳磷氧復(fù)合電極對電催化甲醇氧化性能研究45-50
• 2.3.3 摻雜石墨烯的鎳磷氧復(fù)合電極對電催化水產(chǎn)氧性能研究50-54
• 2.4 本章小結(jié)54-55
• 參考文獻(xiàn)55-58
• 3 磷化鎳/石墨烯復(fù)合材料在電催化甲醇氧化和水氧化產(chǎn)氧中的應(yīng)用58-72
• 3.1 引言58
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分58-60
• 3.2.1 催化劑的制備58-59
• 3.2.2 電催化甲醇氧化性能59
• 3.2.3 電催化水氧化產(chǎn)氧性能59
• 3.2.4 表征59-60
• 3.3 結(jié)果與討論60-68
• 3.3.1 磷化鎳/石墨烯材料的結(jié)構(gòu)表征60-63
• 3.3.2 磷化鎳/石墨烯復(fù)合電極對電催化甲醇氧化性能研究63-66
• 3.3.3 磷化鎳/石墨烯復(fù)合電極對電催化水產(chǎn)氧性能研究66-68
• 3.4 本章小結(jié)68-69
• 參考文獻(xiàn)69-72
• 4 摻硼氧化鎳在電化學(xué)電容器中的應(yīng)用72-86
• 4.1 引言72-73
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分73-75
• 4.2.1 主要實(shí)驗(yàn)試劑73
• 4.2.2 主要實(shí)驗(yàn)儀器73-74
• 4.2.3 催化劑的制備74
• 4.2.4 B-NiO電極的制備和電化學(xué)測試74
• 4.2.5 表征74-75
• 4.3 結(jié)果與討論75-81
• 4.3.1 B-NiO的結(jié)構(gòu)表征75-78
• 4.3.2 B-NiO材料的電化學(xué)性能分析78-81
• 4.4 本章小結(jié)81-83
• 參考文獻(xiàn)83-86
• 5 介孔磷酸鎳與含硅磷酸鎳在電催化水氧化產(chǎn)氧中的應(yīng)用86-98
• 5.1 引言86-87
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分87-89
• 5.2.1 主要實(shí)驗(yàn)試劑87
• 5.2.2 主要實(shí)驗(yàn)儀器87-88
• 5.2.3 催化劑的制備88
• 5.2.4 電催化水氧化產(chǎn)氧性能88
• 5.2.5 表征88-89
• 5.3 結(jié)果與討論89-95
• 5.3.1 介孔磷酸鎳與含硅磷酸鎳催化劑結(jié)構(gòu)表征89-90
• 5.3.2 介孔磷酸鎳與含硅磷酸鎳復(fù)合電極對電催化水產(chǎn)氧性能研究90-93
• 5.3.3 不同摻硅含量NiPO-2 電極對電催化水產(chǎn)氧性能研究93-95
• 5.4 本章小結(jié)95-96
• 參考文獻(xiàn)96-98
• 6 結(jié)論98-102
• 6.1 本論文的主要結(jié)論98-99
• 6.2 本論文創(chuàng)新點(diǎn)99
• 6.3 存在問題99-102
• 致謝102-104
• 攻讀學(xué)位期間的學(xué)術(shù)成果104-105

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 徐會(huì)穎;周國偉;魏英勤;李艷敬;;硅摻雜介孔TiO_2材料的制備及可見光下降解甲基橙研究[J];化工新型材料;2008年08期

2 黃金昭;徐征;李海玲;亢國虎;王文靜;;氧化鐵鎳電極上析氧反應(yīng)的電化學(xué)研究(英文)[J];電化學(xué);2006年02期

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本文編號：690156