發(fā)布時(shí)間：2022-01-02 14:10

　　隨著全球變暖和石油資源枯竭問題的日益嚴(yán)重,我們面臨著環(huán)境和能源的巨大挑戰(zhàn)。為了滿足全球的能源需求,具有清潔綠色能源的金屬空氣電池被認(rèn)為是具有潛力的儲(chǔ)能裝置之一。然而空氣電極發(fā)生的氧還原（ORR）和氧析出（OER）反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程特別緩慢,需要電催化劑來提高其效率,這是限制金屬-空氣電池進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。雖然鉑、釕等貴金屬是ORR/OER的優(yōu)異催化劑,但其高昂的價(jià)格限制了催化劑的應(yīng)用。而錳氧化物催化劑由于具有成本低,豐富的資源和較高的電催化活性一直備受關(guān)注,但其催化性能有待進(jìn)一步提高�；诖�,本文重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的錳氧化物,通過Ag的修飾以及NiO的負(fù)載增加活性位點(diǎn),提高催化劑的電化學(xué)性能,如下是主要研究內(nèi)容:（1）用簡單的水熱法合成了具有立方和八面體獨(dú)特結(jié)構(gòu)的Mn₂O₃,研究了催化劑的不同晶面與電化學(xué)性能之間的關(guān)系。電化學(xué)研究結(jié)果表明,立方結(jié)構(gòu)的Mn₂O₃具有比八面體結(jié)構(gòu)Mn₂O₃較好的ORR和OER活性,這是由于立方Mn₂... 

【文章來源】：山西師范大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

金屬氧化物陽極氧析出反應(yīng)的示意圖[21]

緒論5化。到目前為止，用于氧電極反應(yīng)的高效電催化劑主要是貴金屬催化劑，但它們的稀缺性，成本高以及較差的穩(wěn)定性使它們不能大規(guī)模地應(yīng)用，圖1-3是催化OER和ORR的貴金屬及其合金催化劑[22]。眾所周知雙功能電極是用于開發(fā)可充電金屬空氣電池的先決條件，因此需要付出相當(dāng)大的努力來探索ORR和OER催化劑，這是實(shí)現(xiàn)金屬空氣電池商業(yè)化目標(biāo)的核心，目前主要研究的ORR/OER催化劑介紹如下：Fig.1-3PreciousmetalanditsalloycatalystforcatalyzingORRandOER[22]圖1-3催化ORR和OER的貴金屬及其合金[22]1.3.1貴金屬催化劑一、ORR貴金屬催化劑石油和化石燃料造成的環(huán)境污染促進(jìn)了能量儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的發(fā)展[23]，由于氧電極反應(yīng)在能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)系統(tǒng)中發(fā)揮著必不可少的作用，因此我們要設(shè)計(jì)出能促進(jìn)氧電極反應(yīng)的有效電催化劑。具有良好導(dǎo)電性和耐腐蝕性的貴金屬廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其是催化劑行業(yè)。迄今為止，Pt和Pt基材料被認(rèn)為是ORR最優(yōu)異的催化劑，然而，實(shí)際的大規(guī)模應(yīng)用仍然受到內(nèi)在缺點(diǎn)的阻礙，如稀缺性，成本過高和穩(wěn)定性差等[24]�？紤]到這一點(diǎn)，探索具有高效率且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的高性能電催化劑是未來能源的首要任務(wù)，那么人們研究的重點(diǎn)就在于如何減少成本提高Pt基貴金屬的催化性能，目前已提出了許多策略用于改善ORR的性能，其詳細(xì)具體的內(nèi)容介紹如下：（1）Pt基復(fù)合材料碳負(fù)載鉑的復(fù)合材料是廣泛使用的陰極催化劑，碳材料由于耐久性高，較高的導(dǎo)電

緒論7作用，能顯著改善其催化活性。Pd因高的催化性能和穩(wěn)定性而引起了人們的關(guān)注，已有報(bào)道具有樹枝狀的Pd-Ir雙金屬納米結(jié)構(gòu)顯示出高的OER催化活性和耐久性[33]。第二種途徑是使用導(dǎo)電材料如炭黑、石墨烯和碳納米管作為IrO2催化劑的載體以增加表面積并抑制催化劑的聚集，從而改善催化劑的OER活性。已報(bào)道[34]的IrO2/CNT催化劑在硫酸溶液中顯示出較高的OER活性和耐久性，成為了電解水的潛在催化劑之一。第三種途徑是開發(fā)新型的非貴金屬催化劑，添加諸如SnO2，TiO2，Co3O4等摻雜劑，不僅可以獲得具有高活性和穩(wěn)定性的材料，而且還能降低電催化劑的負(fù)載，這是節(jié)約成本和增強(qiáng)活性的可行途徑[35]。Fig.1-4VolcanicrelationshipbetweentheoreticaloverpotentialandstandardfreeenergyofOERonvariousoxides[32]圖1-4各種氧化物上的OER的理論過電勢(shì)與標(biāo)準(zhǔn)自由能之間的火山型關(guān)系[32]1.3.2金屬氧化物催化劑眾所周知，具有不同納米結(jié)構(gòu)的過渡金屬氧化物TMO因價(jià)格低、活性高和穩(wěn)定性好而引起了人們的廣泛關(guān)注。目前用于提高TMO性能常用的方法如圖1-5所示[36]。在這里我們主要研究的是TMO納米結(jié)構(gòu)中的表面缺陷如氧空位和晶面，用于探索電極材料對(duì)電化學(xué)性能的影響。納米級(jí)的缺陷既可以促進(jìn)電荷傳輸動(dòng)力學(xué)，又能保持電極材料結(jié)構(gòu)的完整性，從而增強(qiáng)電化學(xué)活性，而不同表面原子的排列和分布，晶面取向的程度

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]MnO/N—C anode materials for lithium-ion batteries prepared by cotton-templated combustion synthesis[J]. Cheng-Gong Han,Chunyu Zhu,Yoshitaka Aoki,Hiroki Habazaki,Tomohiro Akiyama.  Green Energy & Environment. 2017(04)
[2]金屬-空氣電池陰極雙功能催化劑研究進(jìn)展[J]. 王亞,來慶學(xué),朱軍杰,梁彥瑜.  化學(xué)研究. 2017(01)
[3]Mn3O4微球的制備及其對(duì)高氯酸銨熱分解的催化作用[J]. 李露明,李兆乾,馬擁軍,裴重華.  含能材料. 2014(06)
[4]銀溶膠的制備、表征及應(yīng)用[J]. 趙平平,廉波,張雪.  牡丹江師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014(03)
[5]Facile Preparation of Mn2O3 Nanowires by Thermal Decomposition of MnCO3[J]. WANG Hong-zhe1,2, ZHAO Hui-ling2, LIU Bing2, ZHANG Xing-tang2, DU Zu-liang2 and YANG Wen-sheng1 1. Key Laboratory of Surface and Interface Chemistry of Jilin Province, College of Chemistry, Jilin University, Changchun 130012, P. R. China; 2. Key Laboratory for Special Functional Materials of Ministry of Education, Henan University, Kaifeng 475004, P. R. China.  Chemical Research in Chinese Universities. 2010(01)
[6]MnO2上氧氣第一個(gè)電子轉(zhuǎn)移步驟的從頭計(jì)算研究[J]. 李莉,魏子棟,李蘭蘭,孫才新.  化學(xué)學(xué)報(bào). 2006(04)

博士論文
[1]納米尖晶石/鈣鈦礦型氧化物的制備及電催化性能研究[D]. 司聰慧.山東大學(xué) 2017
[2]堿性氧電極非鉑催化劑的研究[D]. 楊翠霞.武漢大學(xué) 2015

碩士論文
[1]Ag修飾石墨烯基鈣鈦礦的制備及氧還原催化性能研究[D]. 石麗娜.燕山大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3564317