本文選題：鎳基材料　切入點：電沉積　出處：《中國科學技術大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：電催化或光催化水分解制氫,是解決能源危機和環(huán)境污染的有效途徑之一。貴金屬催化劑具有較高的催化水分解的活性,但是由于貴金屬低儲量、高成本的特點,限制了其大規(guī)模應用。因此,尋找有效的非貴金屬材料催化劑變得尤為重要。 近年來,人們一直在嘗試改進非貴金屬催化劑的催化性能,包括：降低催化水分解的過電勢、提高催化活性、提高能量轉換效率、提高穩(wěn)定性等。本文通過兩種途徑來提高鎳基材料的催化性能：(1).通過電沉積法,將鎳基材料生長在碳納米管修飾電極上,用于催化水分解。(2).合成雙金屬氧化物NiCo2O4納米線,對其催化水氧化的性能進行分析。 在陽極電勢下,在含有鎳離子的硼酸鉀(KBi)緩沖溶液中,鎳基材料通過電沉積生長到了MWCNTs/ITO上。電化學測試顯示NiOx-MWCNTs電催化劑材料具有很好的催化活性和較低的過電勢(-200mV)。 NiOX催化劑材料通過掃描電子顯微鏡(SEM)、 X射線能量散射譜(EDX)和X射線光電子能譜(XPS)測試進行了進一步的表征。 在含有鎳離子的KBi溶液中,在還原電勢下(-1.2V vs. Ag/AgCl),電沉積到MWCNTs上的鎳基薄膜能夠有效的用于產氧反應(OER)和產氫反應(HER)。在還原狀態(tài)下,H2-NiOx-MWCNTs催化劑薄膜能夠在低過電勢下有效地催化產氫反應。當轉換為氧化條件時(+1.1V vs. Ag/AgCl), MWCNTs上的無定形H2-NiOx薄膜轉換成了另一種無定形材料(O2-NiOx),能夠有效地用于水氧化反應。NiOx-MWCNTs催化劑通過SEM,透射電子顯微鏡(TEM), EDX和XPS進行了表征。結果顯示O2-NiOx-MWCNTs薄膜的O含量高于H2-NiOx-MWCNTs薄膜的O含量。NiOx-MWCNTs具有良好的穩(wěn)定性,當電勢在還原狀態(tài)和氧化狀態(tài)之間轉換時,薄膜的催化性能能夠既催化水還原產氫又催化水氧化產氧。 此外,我們利用簡單的兩步法,合成了NiCo2O4納米線陣歹(NWAs)。NiCo2O4NWAs催化劑作為工作電極催化水氧化時,表現(xiàn)出了很高的活性和良好的穩(wěn)定性。在同樣條件下,NiCo2O4NWAs的電流密度甚至高于納米Ir02催化劑的電流密度。利用球差顯微鏡TEM對NiCo2O4納米線進行了原子層面的分析,發(fā)現(xiàn)NiCo2O4納米線中存在高指數活性面及大量的表面原子臺階,這可能是NiCo2O4納米線催化劑具有低過電勢和高催化活性的主要原因。該體系中的法拉第效率大于95%。
[Abstract]:Electrocatalysis or photocatalytic water decomposition to produce hydrogen is one of the effective ways to solve the energy crisis and environmental pollution. Precious metal catalysts have high catalytic activity for water decomposition, but due to the low storage and high cost of precious metals, Therefore, it is very important to find effective catalysts for non-precious metal materials. In recent years, people have been trying to improve the catalytic performance of non-noble metal catalysts, including reducing the overpotential of catalytic water decomposition, improving catalytic activity and energy conversion efficiency. In this paper, the catalytic performance of nickel-based materials was improved by means of two ways. Nickel based materials were grown on carbon nanotube modified electrodes by electrodeposition, which were used to catalyze water decomposition. NiCo2O4 nanowires were synthesized. The catalytic performance of water oxidation was analyzed. At anodic potential, in potassium borate buffer solution containing nickel ion, Nickel based materials were grown on MWCNTs/ITO by electrodeposition. Electrochemical tests showed that NiOx-MWCNTs electrocatalysts had good catalytic activity and lower overpotential (~ 200mV). NiOX catalyst materials were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray energy scattering. The spectra were characterized by EDX) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). In KBi solution containing nickel ion, The nickel based films deposited on MWCNTs can be effectively used for oxygen production and hydrogen production under the reduction potential of 1.2V vs. AgClN. In the reduced state, the H2-NiOx-MCNTs catalyst films can effectively catalyze the hydrogen production reaction at low over-potential. The amorphous H2-NiOx film on MWCNTs was converted into another amorphous material, O _ 2-NiOxO _ (2), which can be effectively used in water oxidation reaction. NiOx-MWCNTs catalyst was characterized by SEM, TEM, TEM, EDX and XPS when the oxidation conditions were changed to (1.1 V vs. AgCl _ (1)). The O content of O2-NiOx-MWCNTs film is higher than that of H2-NiOx-MWCNTs film. When the potential changes between the reduction state and the oxidation state, the catalytic performance of the film can not only catalyze the water to produce hydrogen, but also to oxidize the oxygen of the water. In addition, NiCo2O4 nanowire array catalyst NWAs.NiCo2O4NWAs was synthesized by a simple two-step method as a working electrode to catalyze water oxidation. Under the same conditions, the current density of NiCo2O4NWAs is even higher than that of nanocrystalline Ir02 catalysts. The atomic analysis of NiCo2O4 nanowires was carried out by spherical differential microscope (TEM). It is found that there are high exponent active surfaces and a large number of surface atomic steps in NiCo2O4 nanowires, which may be the main reasons for the low overpotential and high catalytic activity of NiCo2O4 nanowire catalysts. The Faraday efficiency in the system is greater than 95%.
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O614.813;TQ116.2

【共引文獻】

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本文編號：1635636