電解水制氫(H₂),對(duì)環(huán)境零污染,制取的H₂純度高,并且原材料豐富,是一種最理想的制氫方式,也是現(xiàn)階段獲得新潔凈氫能源的重要途徑。然而,電解水的能量轉(zhuǎn)化效率受到析氧反應(yīng)(OER)和析氫反應(yīng)(HER)的限制,相較于HER,涉及多步、四電子轉(zhuǎn)移過(guò)程的OER,其動(dòng)力學(xué)行為緩慢且反應(yīng)位壘更大,已成為現(xiàn)階段的研究瓶頸。雖然貴金屬基RuO₂和IrO₂等催化劑具有最高的OER電催化活性,但儲(chǔ)量匱乏和價(jià)格昂貴限制了其大規(guī)模的應(yīng)用。因此,探索低成本、高效、穩(wěn)定且環(huán)保的非貴金屬OER電催化劑已成為電解水制氫技術(shù)研究中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題,而且對(duì)燃料電池、金屬-空氣電池的大規(guī)模推廣應(yīng)用也有著深遠(yuǎn)的影響。本論文以獲得高效、穩(wěn)定、廉價(jià)的OER電催化劑為目標(biāo),圍繞如何提高催化劑本征電導(dǎo)率和活性位點(diǎn)數(shù)量這一關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)。設(shè)計(jì)并制備了具有特殊形貌和結(jié)構(gòu)的納米Co₃O₄基材料,對(duì)其形貌、結(jié)構(gòu)及OER電催化性能進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究,一方面通過(guò)誘導(dǎo)缺陷,引入氧空位,提高其催化活性位點(diǎn)數(shù)量;另一方面通...

【文章頁(yè)數(shù)】：64 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 析氧反應(yīng)機(jī)理
    1.3 非貴金屬OER電催化劑簡(jiǎn)介
        1.3.1 金屬/合金OER電催化材料
        1.3.2 氫氧化物OER催化材料
        1.3.3 硫?qū)倩衔颫ER電催化材料
        1.3.4 磷化物OER電催化材料
        1.3.5 氧化物OER電催化材料
    1.4 Co₃O₄基OER催化材料
        1.4.1 Co₃O₄的結(jié)構(gòu)特征
        1.4.2 Co₃O₄基電催化材料的研究現(xiàn)狀
    1.5 選題依據(jù)與意義
    參考文獻(xiàn)
第2章 材料的制備與表征
    2.1 材料的制備方法
    2.2 材料表征技術(shù)
    2.3 材料的OER電催化性能表征
        2.3.1 過(guò)電位(η)
        2.3.2 塔菲爾(Tafel)斜率計(jì)算
        2.3.3 電化學(xué)交流阻抗譜(EIS)
        2.3.4 電化學(xué)活性面積(ECSA)測(cè)試
        2.3.5 循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試
    參考文獻(xiàn)
第3章 Co₃O₄納米陣列的析氧性能研究
    3.1 樣品的制備
        3.1.1 襯底泡沫鎳的預(yù)處理
        3.1.2 Co₃O₄納米陣列的制備
    3.2 Co₃O₄納米陣列的電化學(xué)測(cè)試
    3.3 Co₃O₄納米陣列的表征與分析
        3.3.1 前驅(qū)體及熱處理后樣品的XRD表征
        3.3.2 前驅(qū)體及熱處理后樣品的SEM表征
        3.3.3 前驅(qū)體及熱處理后樣品的TEM表征
        3.3.4 Co₃O₄ 納米陣列的XPS表征
    3.4 Co₃O₄納米陣列的電催化性能分析
        3.4.1 LSV曲線及Tafel斜率測(cè)試
        3.4.2 EIS和穩(wěn)定性表征
        3.4.3 ECSA的表征
    3.5 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第4章 Co₃O₄/MnCO3 異質(zhì)結(jié)構(gòu)析氧性能的研究
    4.1 樣品的制備
        4.1.1 Co₃O₄@NF的制備
        4.1.2 Co₃O₄/MnCO3@NF的制備
        4.1.3 MnCO3@NF的制備
    4.2 樣品的電化學(xué)測(cè)試
    4.3 Co₃O₄/MnCO3 異質(zhì)結(jié)構(gòu)的表征與分析
        4.3.1 不同Co/Mn含量比樣品的XRD表征
        4.3.2 不同Co/Mn含量比樣品的SEM表征
        4.3.3 類(lèi)仙人掌狀形貌樣品的TEM及 Mapping表征
        4.3.4 類(lèi)仙人掌狀形貌樣品的親水性測(cè)試
        4.3.5 樣品MnCO3@NF的 TGA表征
        4.3.6 樣品的XPS表征
    4.4 樣品的電催化性能分析
        4.4.1 LSV曲線及Tafel斜率測(cè)試
        4.4.2 EIS及穩(wěn)定性測(cè)試
        4.4.3 ECSA測(cè)試
    4.5 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第5章 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果



本文編號(hào)：3872358