能源短缺和環(huán)境污染是當(dāng)今社會面臨的兩個嚴(yán)重的問題。石油、天然氣以及礦物質(zhì)等不可再生資源儲量有限,這些資源中石油僅能維持幾十年的使用時間,天然氣也只能供人類使用百余年的時間。此外,這些石油煤礦資源的燃燒產(chǎn)物也會對環(huán)境產(chǎn)生惡劣的影響。這些都促使著科學(xué)家們尋找更加環(huán)保有效的新能源或者供能方式來解決上述問題。氫氣作為一種無污染、能量密度高、易于存儲和可再生的新能源,被認(rèn)為是化石燃料完美的替代品。在眾多制氫技術(shù)中,電解水制氫技術(shù)因其設(shè)備簡單并且整個過程零污染而得到了全球研究者的廣泛關(guān)注。此外,為了解決使用電池所帶來的諸多問題,科學(xué)家們開始尋求更為環(huán)保的供能方式,諸如納米發(fā)電機收集的能量。這種類型的器件可以收集大自然中普遍存在的機械能,摩擦能,熱能等經(jīng)常被我們浪費掉的能量,從而達到自供能的效果。通過發(fā)展電場極化技術(shù),使得材料具有更好的極性,將會被應(yīng)用在能源收集器件以及電化學(xué)催化中。這些極化材料在納米發(fā)電機以及電催化中表現(xiàn)出更好的性能。在本論文中,我們通過電場輔助的方法使具有極化性質(zhì)的納米材料有一個更好的取向,從而制備出納米發(fā)電機從環(huán)境中收集機械能。除此之外,通過電場輔助法選擇性地暴露出不同的官能團... 

【文章來源】：蘇州大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：146 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１．壓電效應(yīng)示意圖

？??極化現(xiàn)象在能源轉(zhuǎn)化及電化學(xué)催化中的研究?第一章緒論??ｉｃｊｇｌＬ??ｆｌｊ?１??—Ｌ－＝＂－－ｃｚ７＾ｚｉ??ｌｇ?ＦｔＴ?ｙ?ｈ?Ｐｂ－ＦＥＴ??＼／沉?ｆｎｐｐｍａｃ＊ｍ０ｒ％??■——＾——ｊ?］ｈ±一１?ｊｌ?Ｆｈ－ｄＪ〇ｄｃ??ｒ￡＾ｆｅｆ??圖１－２．?（ａ－ｄ）壓電納米發(fā)電機機理；（ｅ）在反向偏壓下，ＡＦＭ探針與ＺｎＯ之間的金屬－半導(dǎo)體??肖特基接觸，這種方式可以分離保存壓電電荷：（ｆ）在正向偏壓下，ＡＦＭ探針與ＺｎＯ之間的??金屬－半導(dǎo)體肖特基接觸，這種方式可以釋放枳累壓電電荷。（ｇ）基于單根納米線／納米帶的傳??統(tǒng)模式場效應(yīng)晶體管（ＦＥＴ），包含門電極，源極，漏極。（ｈ）壓電場效應(yīng)晶體管的原理圖??（ＰＥ－ＦＥＴ）。⑴壓電門控二極管的原理［１］。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２．?Ｔｈｅ?ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｎａｎｏｐｉｅｚｏｔｒｏｎｉｃｓ．?（ａ－ｄ）?Ｔｈｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ??ｎａｎｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ；?（ｅ）?ｍｅｔａｌ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?Ｓｃｈｏｔｔｋｙ?ｃｏｎｔａｃｔ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｈｅ?ＡＦＭ?ｔｉｐ?ａｎｄ?ｔｈｅ??ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?ＺｎＯ?ＮＢ?ａｔ?ｒｅｖｅｒｓｅ?ｂｉａｓ，?ｗｈｉｃｈ?ｉｓ?ｒｅｓｐｏｎｓｉｂｌｅ?ｆｏｒ?ｓｅｐａｒａｔｉｎｇ?ａｎｄ?ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ?ｔｈｅ??ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｃｈａｒｇｅｓ；?（ｆ）?ｍｅｔａｌ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?Ｓｃｈｏｔｔｋｙ?ｃｏｎｔａｃｔ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｈｅ?ＡＦＭ?ｔｉｐ?ａｎｄ?ｔｈｅ??ｓｅｍ

，單壁碳納米管有比較寬的大約為??０．７ｅＶ的帶隙，這個與Ｓ１１型轉(zhuǎn)變的范霍夫奇點有關(guān)［８］，從而導(dǎo)致單壁碳納米管更??容易被離子液體，有機分子和石墨烯等具有電離勢能物質(zhì)破壞［９－１１］。這樣的電子??結(jié)構(gòu)使得其可以作為一個電子接受體從而可以產(chǎn)生更大的電子電離電位物種的極??化。Ｚｈａｎｇ等人報道了單壁碳納米管可以誘導(dǎo)金屬銠納米晶的電子產(chǎn)生極化至材料??的界面處從而形成界面催化劑［１２］，從而使得該復(fù)合材料具有更高的電催化析氫??（ＨＥＲ），析氧（ＯＥＲ）以及氧還原（ＯＲＲ）性能（如圖１－３所示）。??圖１－３．單壁碳納米管／釕復(fù)合材料的電子極化示意圖［１２］。??Ｆｉｇｕｒｅ．?１－３．?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｒｌｉ?ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｓｉｎｇｌｅ－ｗａｌｌｅｄ?ｃａｒｂｏｎ??ｎａｎｏｔｕｂｅｓ?（ＳＷＮＴｓ）?［１２］．??另外，Ｌｉｎ等人也報道了極化現(xiàn)象對電催化反應(yīng)具有促進作用［１３］。缺陷碳材??料由于其暴露較多的活性位點從而擁有很高的ＯＲＲ活性，過渡金屬磷化物也具備??很好的ＯＥＲ性能。所以，這樣兩種材料的復(fù)合極有可能具備優(yōu)異的催化性能。Ｌｉｎ??等人構(gòu)筑了缺陷碳與磷化鈷混合的催化劑。通過理論計算、功函數(shù)計算以及同步??輻射測試對該復(fù)合催化劑進行全面的表征，他們認(rèn)為電子從磷化鈷移動至缺陷碳，??在兩個材料的界面處產(chǎn)生了電荷極化，這種電荷極化現(xiàn)象提升了該復(fù)合催化劑在??催化中的性能（圖１－４）。??４??


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