燃料電池、金屬空氣電池、電解水裝置都是以電化學(xué)催化為基礎(chǔ)的新型能源技術(shù)。在這些技術(shù)當(dāng)中,會涉及到氧還原（ORR）、氫氣氧化（HOR）、析氫（HER）和析氧（OER）等半反應(yīng)。由于這些反應(yīng)動力學(xué)遲緩、有較高的過電勢,所以我們需要找到合適的催化劑來加快其反應(yīng)進(jìn)程。目前比較好的催化劑主要是貴金屬Pt、Pd、Ir、Ru等材料,但是他們價(jià)格昂貴、資源稀缺,限制了新型技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,所以尋找高效廉價(jià)的非貴金屬催化劑尤為重要。為此,我們瞄準(zhǔn)過渡金屬Co和Ni,對它們的可控合成和電催化測試應(yīng)用做了一些研究工作。具體工作如下:一、層狀雙金屬氫氧化物（LDH）是一類具有巨大催化潛力的材料。本章節(jié)中,我們通過氧化、插層、剝離等方法制備出單層的帶正電的CoNi-LDH納米片,然后將其和帶有負(fù)電的氧化石墨烯復(fù)合,制備出CoNi-rGO納米材料。該材料在1 M KOH中顯示出十分優(yōu)異的ORR和OER催化性能。其氧還原半波電位在0.85 V（相對于RHE）;OER電流密度為10 mA/cm2時(shí),其相應(yīng)的電壓只有1.56 V,該性能可以和貴金屬Ir/C的催化效果相媲美;在6 M KOH電解液中進(jìn)行電流密度為10 m... 

【文章來源】：蘇州大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２常規(guī)碳納米材料結(jié)構(gòu)

第一章?過渡金屬納米村料在電催化中的應(yīng)用探索??性不同，會使得其周圍的碳帶部分正電，有利于對氧的吸附，從而更好的實(shí)現(xiàn)氧??氣的催化。Ｙｕ等４６研宂結(jié)果表明氮摻雜的碳納米管ＮＣＮＴｓ具有較好的催化活性??和穩(wěn)定性，而沒有摻雜的ＣＮＴｓ幾乎無催化活性，說明氮的引入對氧還原的催化??活性有顯著的影響。如圖１．３所示：??ａ?、董咖■（備你?ＮＣ?ＮＴ＊?、４卜??ａ?／＝〇，＇；〇??ｃ：ｗｉｉ?％％＼?（?＾?ｎ??ｈ?＾?４－?ＣＮＵ?Ｃ?２０?ｓｓａｆｔｍｇ?Ｉ??？°：．?ＮＣＭＴｆ?一－?｜??，?一－２〇?／?ｆ??Ｉ＇０８：?／?１．４０／??＾－１．６：?－－６０?ｊ?＂??一?２＇〇ｌ．，．?－８〇?ｒ??－２?４???????＾???■??－１００?Ｌ－——￣一￣—￣￣■￣—－Ｊ??－０?２?０?０?０?２?０?４?０?６?－０?２?０．０?０．２?０．４?０?６?０．８??Ｅ?（Ｖ）?ｖｓ?Ａｇ／ＡｇＣｉ?Ｅ?（Ｖ）?ｖｓ?Ａｇ／ＡｇＣＩ??圖１．３（ａ）非金屬碳納米管催化劑制備流程；（ｂ．ｃ）ＣＮＴ和ＮＣＮＴｓ在酸性條件下??的活性和穩(wěn)定性４７。??Ｙａｎｇ等４８制備了硼元素?fù)诫s的ＣＮＴ，改善了碳本身電子結(jié)構(gòu)，有利于對氧??的吸附和催化，表現(xiàn)出很好的催化活性以及抗ＣＯ毒性和抗甲醇滲透的能力。同??時(shí)對于二元或者多個(gè)元素的摻雜人們也做了很多的工作。Ｑｉａｏ等４９合成出氮、磷??共摻雜的石墨烯材料，通過兩種雜原子來調(diào)控石墨烯的電子結(jié)構(gòu)和電荷密度，也??表現(xiàn)出良好的催化活性。Ｙｕ等５（１制備出氮磷共摻雜的碳納米管材料，測試結(jié)果顯??示出更高的電流密

過渡金屬納米村料在電催化中的應(yīng)用探索?第一章??１．３．１氧析出反應(yīng)機(jī)理??〇?４－Ｈ＇?ｗ?．．?＋Ｈ，０，??＂Ｉ??＼／〇＾?＊〇ｈＹ＼??＾＞Ｈ２０ｉ：?ｓ?＼??ｆ＋０Ｈ?Ｖ??Ｍ－ＯＯＨ?Ｍ＇０Ｈ??＼ｅ??．ｈａＴ?ｍ－ｏ?＾?Ｈ．??圖１．４在酸性（藍(lán)線）和堿性（紅線）條件下的氧析出反應(yīng)機(jī)理５３。??析氧反應(yīng)簡單來說就是產(chǎn)生氧氣的過程，在不同的電解液中，其反應(yīng)歷程也??不相同，人們對此提出了兩種反應(yīng)機(jī)理，其中大都支持在反應(yīng)過程中會形成中間??體Ｍ０丨丨、Ｍ０。在催化的具體過程中，主要有兩種不同的反應(yīng)途徑：一種是綠色??路線所示，如圖１．４所示，由兩個(gè)Ｍ０結(jié)合產(chǎn)生氧；還有一種途徑是形成ＭＯＯＨ，??黑色的路線所示，該中間體隨后分解成氧氣。一般對于ＯＥＲ反應(yīng)，中間體之間的??相互作用對整個(gè)電催化過程十分重要。??在酸性體系下的催化反應(yīng)機(jī)理：??Ｍ?＋?Ｈ２〇（Ｄ＾?Ｍ〇Ｈ?＋?Ｈ＋?＋?ｅ－?（１）??ＭＯＨ?—?ＭＯ?＋?Ｈ＋＋?ｅ－?（２）??２?ＭＯ?２?Ｍ?＋?〇２（ｇ）?（３）??Ｍ（）?＋?ＩｂＯｉｉ）?—?ＭＯＯＨ?＋?Ｈ＋＋?ｅ—?（４）??ＭＯＯＩＩ—＞?Ｍ?＋?〇２（ｇ）?＋?Ｈ＋＋ｅ－?（５）??在堿性體系下的催化反應(yīng)機(jī)理：??Ｍ?＋?ＯＨ－—ＭＯＨ?＋?ｅ－?（６）??ＭＯＩＩ?＋?ＯＨ＇?ＭＯ?＋?Ｈ２０，ｉ）?＋?ｅ＇?（７）??７??


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