電催化水分解產(chǎn)氫是應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的能源需求、全球氣候變化和環(huán)境問題極具前景的途徑。但高過電勢(shì)(Overpotential,η),尤其是氧反應(yīng)(Oxygen evolution reaction,OER),使得產(chǎn)氫成本較高。為提高產(chǎn)氫效率,開發(fā)高效催化劑、優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)已成為當(dāng)前重要研究課題。理想的電極需具有以下基本特點(diǎn):大比表面積供催化材料負(fù)載、親水性好及快速氣泡脫附能力。根據(jù)仿生親水結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn),微納結(jié)構(gòu)的合理組合無疑是一個(gè)好的電極結(jié)構(gòu)改進(jìn)思路。多孔陽極氧化鋁(Porous anodic aluminum oxide,AAO)是一種典型的自組織多孔材料,通過改變電壓、電解液和熱處理等條件,可以精細(xì)地調(diào)控孔徑、厚度、孔間距等結(jié)構(gòu)參數(shù),因此能用來靈活地設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)微納結(jié)構(gòu),特別是納米線陣列。在課題組前期研究基礎(chǔ)上,本論文系統(tǒng)地研究了AAO熱處理后的性質(zhì)變化及陽極氧化行為,并據(jù)此設(shè)計(jì)了一系列結(jié)構(gòu)孔AAO,合成了雙直徑Ni納米線陣列用于OER研究。取得了如下結(jié)果:(1)630°C以下熱處理,草酸和磷酸AAO六角有序排列的多孔結(jié)構(gòu)未見明顯變化,但擴(kuò)孔速率隨熱處理溫度升高顯著降低,可達(dá)50%以上。對(duì)熱處理...

【文章頁數(shù)】：177 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 電催化水分解
        1.1.1 析氫/析氧半反應(yīng)
        1.1.2 Tafel動(dòng)力學(xué)分析
        1.1.3 過電勢(shì)
    1.2 高效析氧電極
        1.2.1 電極基本要求
        1.2.2 催化劑
        1.2.3 具有微結(jié)構(gòu)的催化劑載體
        1.2.4 微結(jié)構(gòu)與潤(rùn)濕性
    1.3 納米線陣列的微結(jié)構(gòu)及其制備析氧電極可行性
    1.4 多孔陽極氧化鋁
        1.4.1 AAO的形貌與特征參數(shù)
        1.4.2 AAO的雙層結(jié)構(gòu)
        1.4.3 AAO的晶體結(jié)構(gòu)
    1.5 AAO的結(jié)構(gòu)參數(shù)
        1.5.1 孔間距
        1.5.2 有序度與孔排列
        1.5.3 孔徑
        1.5.4 厚度
    1.6 結(jié)構(gòu)孔AAO
        1.6.1 分支孔AAO
            1.6.1.1 降電壓法制備分支孔AAO
            1.6.1.2 升電壓法制備分支孔AAO
            1.6.1.3 預(yù)制圖案法制備分支孔AAO
        1.6.2 無分支結(jié)構(gòu)孔AAO
            1.6.2.1 陽極氧化-擴(kuò)孔法
            1.6.2.2 周期電壓法
            1.6.2.3 周期電流法
            1.6.2.4 周期電解液法
            1.6.2.5 陽極氧化-熱處理-擴(kuò)孔法
    1.7 通孔AAO
        1.7.1 襯底固定法
        1.7.2 電化學(xué)法
        1.7.3 雙層陽極氧化法
    1.8 AAO的轉(zhuǎn)移與固定
    1.9 本論文的研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)
第二章 實(shí)驗(yàn)與方法
    2.1 AAO的制備與處理
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料與實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝置
        2.1.2 AAO制備
        2.1.3 擴(kuò)孔
        2.1.4 勢(shì)壘層刻蝕
        2.1.5 AAO熱處理
    2.2 AAO模板輔助電沉積制備鎳納米線
    2.3 析氧性能測(cè)試
    2.4 材料表征
        2.4.1 接觸角測(cè)試
        2.4.2 綜合熱分析
        2.4.3 物相分析
        2.4.4 微觀形貌及元素分析
第三章 熱處理對(duì)草酸AAO刻蝕和再生長(zhǎng)的影響
    3.1 AAO熱處理研究現(xiàn)狀
        3.1.1 熱處理后AAO的結(jié)構(gòu)變化
        3.1.2 熱處理后AAO的陽極氧化
    3.2 熱處理對(duì)AAO結(jié)構(gòu)、成分和形貌的影響
    3.3 熱處理對(duì)草酸AAO刻蝕的影響
        3.3.1 擴(kuò)孔
        3.3.2 勢(shì)壘層刻蝕
    3.4 熱處理后草酸AAO的陽極氧化
        3.4.1 陽極氧化電流及形貌變化
        3.4.2 不可消除的熱處理誘發(fā)無序生長(zhǎng)現(xiàn)象
    3.5 本章小結(jié)
第四章 熱處理對(duì)磷酸AAO刻蝕和再生長(zhǎng)的影響
    4.1 熱處理對(duì)磷酸AAO結(jié)構(gòu)的影響
    4.2 熱處理對(duì)磷酸AAO刻蝕的影響
        4.2.1 擴(kuò)孔
        4.2.2 勢(shì)壘層刻蝕
    4.3 熱處理后磷酸AAO的陽極氧化
        4.3.1 熱處理后AAO的陽極氧化
        4.3.2 熱處理后AAO的鋁基陽極氧化
    4.4 本章小結(jié)
第五章 AAO孔結(jié)構(gòu)化及輔助制備納米結(jié)構(gòu)
    5.1 AAO刻蝕邊界條件
    5.2 結(jié)構(gòu)孔AAO制備
        5.2.1 草酸AAO孔結(jié)構(gòu)化
        5.2.2 磷酸AAO孔結(jié)構(gòu)化
    5.3 通孔AAO
    5.4 超薄通孔AAO
    5.5 結(jié)構(gòu)孔AAO輔助制備納米結(jié)構(gòu)
        5.5.1 納米錐
        5.5.2 多直徑納米線制備
            5.5.2.1 草酸AAO輔助制備納米線
            5.5.2.2 磷酸AAO輔助制備納米線
    5.6 本章小結(jié)
第六章 納米線陣列促進(jìn)析氧反應(yīng)
    6.1 引言
    6.2 Ni納米線陣列的潤(rùn)濕性
    6.3 Ni納米線陣列上催化劑原位生長(zhǎng)與表征
    6.4 OER性能表征
    6.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果
致謝
附件



本文編號(hào)：3743230