隨著日益耗竭的化石燃料帶來的能源危機和環(huán)境污染問題,在眾多清潔能源中,氫氣以高能源密度、環(huán)保、無污染、可再生的優(yōu)點成為最理想的傳統(tǒng)能源替代品�；谝粚︸詈系年帢O析氫反應(yīng)(HER)和陽極析氧反應(yīng)(OER)組成的電催化水解系統(tǒng)被認(rèn)為是最有前景、綠色的制氫途徑。當(dāng)前,HER和OER所用最好的催化劑是Pt/C和Ir(Ru)O₂等貴金屬材料,由于其低地球儲量和高成本限制了商業(yè)化的推廣。過渡金屬基復(fù)合能源材料以其可調(diào)的d電子結(jié)構(gòu)、取材豐富、價態(tài)多樣等優(yōu)勢,成為最優(yōu)秀、有前途的候選者。因此,我們設(shè)計并制備了真正意義上高效、穩(wěn)定的析氫/析氧過渡金屬復(fù)合電催化材料,并對其催化性能進行了深入研究,主要內(nèi)容如下:(1)S摻雜NiCo復(fù)合材料的制備及高效析氫性能研究。電解水制氫系統(tǒng)的巨大挑戰(zhàn)之一是受到地球上豐富和高活性陰極電催化劑的限制;通過一步電化學(xué)沉積法,開發(fā)了一種簡單的S陰離子摻雜策略在Ni泡沫(NF)上獲得了S摻雜的NiCo復(fù)合材料(S-NiCo@50)。討論了合適的S摻雜量,由于S邊緣提供了豐富的活性位,發(fā)現(xiàn)摻雜的S在降低析氫過電位上扮演著至關(guān)重要的角色;XPS光譜證實了這一點...

【文章頁數(shù)】：184 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 電催化水解理論
        1.2.1 電催化析氫機理
        1.2.2 電催化析氧機理
    1.3 過渡金屬電催化水解能源材料的現(xiàn)狀與分類
        1.3.1 過渡金屬硫族化物
        1.3.2 過渡金屬磷化物
        1.3.3 過渡金屬氧/氫氧化物
        1.3.4 過渡金屬碳/氮/硼化物
        1.3.5 過渡金屬合金
    1.4 過渡金屬電催化水解能源材料的合成方法
        1.4.1 水(溶劑)熱法
        1.4.2 化學(xué)氣相沉積法
        1.4.3 高溫?zé)峤夥?br>        1.4.4 電化學(xué)技術(shù)
    1.5 本課題提出及研究內(nèi)容
第2章 S摻雜NiCo復(fù)合材料的制備及高效析氫性能研究
    2.1 前言
    2.2 實驗部分
        2.2.1 實驗原料
        2.2.2 合成三元S摻雜NiCo催化劑
        2.2.3 合成二元Ni-S,Co-S和 Ni-Co催化劑
        2.2.4 DFT計算
        2.2.5 電化學(xué)測試
        2.2.6 儀器與表征
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 S-NiCo形成機理和結(jié)構(gòu)表征
        2.3.2 S-NiCo形貌
        2.3.3 催化HER性能
        2.3.4 催化析氫機理及穩(wěn)定性
        2.3.5 整體電解水
        2.3.6 DFT計算
    2.4 本章小結(jié)
第3章 高效非晶態(tài)(Ni-Fe)S_x/NiFe(OH)_y雙功能復(fù)合材料的可控合成及大電流電催化水解研究
    3.1 前言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 實驗原料
        3.2.2 合成中空的微管/微球(Ni-Fe)S_x/Ni Fe(OH)y復(fù)合材料
        3.2.3 合成非化學(xué)計量比、豐富缺陷的Ni_0.96S
        3.2.4 合成缺陷的Fe_0.96S/Fe(OH)₃ 超薄納米片
        3.2.5 合成雙金屬NiFe-OH薄膜
        3.2.6 合成Fe(OH)₃納米片
        3.2.7 儀器與表征
        3.2.8 電化學(xué)測量
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 (Ni-Fe)S_x/Ni Fe(OH)y形成機理和結(jié)構(gòu)表征
        3.3.2 HER活性和機理
        3.3.3 OER活性和機理
        3.3.4 電催化整體水解
    3.4 本章小結(jié)
第4章 組裝超高效(Fe-Ni)Co_x-OH/Ni₃S₂ 納米復(fù)合電催化劑:堿性水-氫/氧轉(zhuǎn)化機理研究
    4.1 前言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 合成具有S空位和納米界面的非晶態(tài)(Fe-Ni)Co_x-OH/Ni3S
        4.2.2 合成缺陷的Ni₃S₂納米粒子
        4.2.3 合成結(jié)晶的Ni₃S₂納米片
        4.2.4 合成其他對比材料
        4.2.5 儀器與表征
        4.2.6 電化學(xué)測量
        4.2.7 DFT計算
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 制備機理及結(jié)構(gòu)分析
        4.3.2 催化析氫及機理研究
        4.3.3 催化析氧及機理研究
        4.3.4 HER/OER穩(wěn)定性后表征及整體水解
    4.4 本章小結(jié)
第5章 原位核-殼結(jié)構(gòu)耦連超薄納米片F(xiàn)e@Fe_xNi O/Ni@Niy CoP復(fù)合材料的制備及超高效電催化堿/中性水解
    5.1 前言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 制備Fe@Fe_xNi O/Ni@Niy CoP納米復(fù)合材料
        5.2.2 制備NiP和 CoP催化劑
        5.2.3 制備Ni-Co_zP催化劑
        5.2.4 基準(zhǔn)的Pt片和RuO₂催化劑
        5.2.5 儀器與表征
        5.2.6 電化學(xué)測量
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 形成機理和結(jié)構(gòu)表征
        5.3.2 堿性HER和機理研究
        5.3.3 堿性O(shè)ER和機理研究
        5.3.4 堿性水解和析氫/析氧穩(wěn)定性后表征
        5.3.5 中性介質(zhì)析氫、析氧和水解性能
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻
致謝
作者研究生期間發(fā)表論文



本文編號：3758045