氫氣能源在存儲與轉(zhuǎn)換過程中存在的析氧反應（OER）、氧還原反應（ORR）、析氫反應（HER）,由于動力學進程緩慢,反應能壘過高等原因,成為限制氫氣能源廣泛應用的主要原因之一。目前,標準催化劑皆為貴金屬催化劑,這增加了能源存儲與轉(zhuǎn)換過程中的成本。OER催化劑中,類水滑石納米片（LDHNS）復合物成本低、催化效果較好成為研究重點。然而,LDHNS復合物存在合成步驟復雜,LDHNS活性位點不能充分暴露,性能有待進一提高等問題。因此,探索一種簡便易行、具有超薄結構的LDHNS復合物成為亟待解決的問題。通過設計合成超薄結構的LDHNS復合物暴露更多活性位點,增強LDHNS與碳材料的協(xié)同作用來提高電催化活性是有效途徑。鑒于此本文通過原位生長構建了三種超薄LDHNS復合物電催化劑。主要內(nèi)容如下:（1）在甲酰胺和水混合溶劑中,采用自下而上的方法,在rGO上原位生長鎳鐵類水滑石納米片（NiFe-LDHNS）,制備了超薄鎳鐵類水滑石納米片/還原氧化石墨烯復合物（NiFe-LDHNS/rGO）。超薄LDHNS以單層或幾層的形式復合在rGO的基底上,厚度為0.8-3 nm。由于超薄LDHNS暴露了更多的活性位... 

【文章來源】：青島科技大學山東省

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)鋅空電池(左)和水裂解裝置(右)，(b)HER和OER的極化曲線

F 是法拉第常數(shù)(96485 C/mol)，2On 是產(chǎn)生的氧分子數(shù)量，I 是施加的電流，t 是反應經(jīng)歷的時間。TOF 對于估計內(nèi)在 OER 電催化劑的活性至關重要。TOF 可以用等式(5)進行計算。nFJSTOF4 (5)其中，J 是確定電位對應的電流密度，S 是工作電極的面積，n 是活性位點的數(shù)量。1.3.2 ORR 簡介在典型的 H2-O2燃料電池中，陽極和陰極是通過電解質(zhì)和半透膜隔開的。根據(jù)電解質(zhì)的酸堿性和膜類型的不同，H2-O2燃料電池大致可以分為質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)[8]和堿性燃料電池(AFC)[9,10]。在陽極，H2分子經(jīng)過氫氣氧化反應(HOR)產(chǎn)生 e-，而在陰極，O2分子通過 ORR 接受在陽極產(chǎn)生的 e-。陰極上的 ORR 反應動力學與 HOR 的快速動力學相比約慢 6 倍，這導致高的過電位和 H2-O2燃料電池能效過低。

圖 1.3 GO 與 LDH 的三明治結構示意圖。Fig. 1.3 Schematic of the sandwich arrangement of LDHs and GO.(1)共沉淀法 共沉淀法是一種在合成各種 LDH 及其新型碳復合材料(CNT/LDH 和 GO/LDH)過程中廣泛使用的方法[64-66]。圖 1.3[67]展示了 LDH 復合物形成原理。首先，石墨烯納米片或 GO 分散在去離子水中進行超聲處理，在控制 和在劇烈攪拌的條件下向其中加入金屬鹽溶液。通過減少鹽的使用量來調(diào)節(jié) pH 值而通過減少 GO 的量可以減 rGO 或石墨烯納米片的量[68]。常用還原劑通常為水合肼還包括硫化鈉，葡萄糖和尿素等。出于毒性和綠色環(huán)保的角度考慮，葡萄糖優(yōu)于合肼[69]。然后將上述混合物放在 90±10℃磁力攪拌下連續(xù)回流 24-48 小時，離心用去離子水和無水乙醇洗滌去除雜質(zhì)，在 60℃下干燥 48 小時獲得的納米復合材料這種復合方法的優(yōu)點是能夠保持氫氧化物層內(nèi)陽離子的電荷密度。然而，為了同沉淀 M2+和 M3+而不產(chǎn)生 M(OH)2雜質(zhì)，在合成過程中必須嚴格控制 pH[70]。由于化過程的不同，獲得的 LDH 微晶尺寸難以控制[71]。(2)一鍋水熱法 水熱合成法，也稱為尿素水解法，也用于合成 GO/LDH 納米合材料。該方法是將尿素與鹽溶液混合在一起，然后加入 GO 進行超聲。將所得

【參考文獻】：
期刊論文
[1]完全不使用貴金屬催化劑的聚合物電解質(zhì)燃料電池[J]. 莊林.  中國基礎科學. 2009(06)



本文編號：3227983