鋰離子調(diào)控二維材料及其在氧析出中的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間：2020-09-25 07:24

　　氫氣作為一種可再生的氣體,是目前最有希望替代化石燃料等不可再生資源的清潔能源。目前水分解制氫是最為熱門的產(chǎn)氫方法之一,氧析出反應(yīng)作為水分解反應(yīng)的陽極反應(yīng),由于其緩慢的動(dòng)力學(xué),使其成為水分解的主要限速步驟。貴金屬具有十分優(yōu)異的OER催化性能,但是由于價(jià)格昂貴和資源有限,限制了貴金屬在工業(yè)上大規(guī)模的應(yīng)用。現(xiàn)在主要研究熱點(diǎn)是制備出資源更為豐富的非貴金屬催化劑。本論文研究的主要內(nèi)容如下:(1)鈷酸鋰,作為一種最為常見的鋰離子電池正極材料,被廣泛應(yīng)用在手機(jī)、筆記本電腦以及平板電腦等便攜式電子設(shè)備中。但報(bào)廢的鈷酸鋰回收確實(shí)如今面臨的一個(gè)重大問題,因?yàn)殁捤徜嚳赡軙?huì)對(duì)環(huán)境造成污染。目前的回收方法大都需要比較苛刻的條件,會(huì)造成能源二次浪費(fèi),而且潛在還存在的安全問題。本工作通過SEM和HRTEM測試發(fā)現(xiàn),鈷酸鋰失效的原因包括體積膨脹,并且晶格發(fā)生斷層現(xiàn)象;XPS測試還發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰表面鈷和氧原子周圍的電子狀態(tài)發(fā)生了很大變化。我們對(duì)循環(huán)后回收的鈷酸鋰進(jìn)行了氧析出催化測試,發(fā)現(xiàn)在堿性溶液中,其性能明顯優(yōu)于原始的鈷酸鋰,并且發(fā)現(xiàn)隨著循環(huán)圈數(shù)的增加,其OER性能也不斷提高,這為回收及再利用正極材料提供了新思路,而且這種直接的再利用方式安全且不會(huì)造成二次能源浪費(fèi)和污染。(2)利用鋰離子電池的工作原理調(diào)控CoFe LDH的電催化性能,通過XRD測試發(fā)現(xiàn)在鋰離子電池循環(huán)時(shí)鋰離子與CoFe LDH層間的CO_3~(2-)不可逆的結(jié)合,將CoFe LDH轉(zhuǎn)化為CoFe合金和碳酸鋰,并且隨著電池循環(huán)圈數(shù)的不斷增加,合金粒子的尺寸也在不斷減小,并且均勻的分散在了Super P基底上,這改善了合金納米粒子易團(tuán)聚、不穩(wěn)定的特點(diǎn),并且表現(xiàn)出超好的OER性能。然而當(dāng)循環(huán)圈數(shù)高于10圈后,其OER性能開始衰減,可能是由于表面生成的SEI膜,導(dǎo)致表面電子轉(zhuǎn)移速率降低,進(jìn)而導(dǎo)致催化性能下降。通過利用鋰離子電池的工作原理來調(diào)控二維材料進(jìn)而改善其催化性能的方法簡單易操作,易實(shí)現(xiàn),是一種有效且便捷的二維材料調(diào)控方式。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O643.36;TQ116.2
【部分圖文】：

示意圖,水分解,機(jī)理,示意圖

ure 1.1 Schematic diagram of water decomposition m圖 1.1 水分解的機(jī)理示意圖[49-51]：4H++O2+4e 4e →2H2+4OH O→2H2+O2為：ΔH°289K=+289 kJ·mol 1289K=+203 J·mol 1變?yōu)椋害°289K=+228.5 KJ·mol 1變表示電解水反應(yīng)所需要的最小電能。析氧動(dòng)力學(xué)非常緩慢，因此尋找可以降低反應(yīng)所電位，從而提高反應(yīng)效率的催化劑是研究催化材料的現(xiàn)狀

鈷酸鋰,循環(huán)性能,充放電機(jī)理,電流密度

3+周圍的電子云密度增加，而這些變化都是有利于氧析 charge and discharge mechanism of lithium ion battery a) ，the scof layered lithium cobalt oxide b).圖 3.1 鋰離子電池充放電機(jī)理 a)；層狀鈷酸鋰結(jié)構(gòu)示意圖 b）

示意圖,化合物,金屬氫,水鎂石