氫能由于其高能量密度以及零污染物排放等優(yōu)勢(shì),被認(rèn)為是極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵖稍偕茉础Ｆ渲?通過電催化水裂解制氫在未來新能源領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。然而,由于陽極析氧反應(yīng)涉及四個(gè)電子的轉(zhuǎn)移,使其動(dòng)力學(xué)遲緩,嚴(yán)重影響水裂解制氫的能源轉(zhuǎn)化效率。因此,開發(fā)高效穩(wěn)定的非貴金屬催化劑,降低析氧反應(yīng)過電勢(shì)并提高水裂解制氫效率成為推動(dòng)電催化水裂解制氫工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。圍繞這一關(guān)鍵科學(xué)問題,本文采用不同的技術(shù)方法設(shè)計(jì)構(gòu)筑系列功能碳耦合鈷鐵氫(羥基)氧化物復(fù)合材料,通過優(yōu)化復(fù)合材料的形貌結(jié)構(gòu)、電子/配位結(jié)構(gòu)等,調(diào)控并改善了催化劑的活性位點(diǎn)暴露率與利用率以及離子與電子傳輸速率,從而實(shí)現(xiàn)析氧反應(yīng)活性和動(dòng)力學(xué)性能的提升。以氫氧化鈷為母體,通過摻雜Fe3+制備了二維鈷鐵雙金屬層狀氫氧化物(CoFe-LDH)納米片。Fe3+的引入有效調(diào)控了二維納米片的層板間距,由4.7 A(氫氧化鈷)擴(kuò)大至7.9 A(CoFe-LDH)。發(fā)現(xiàn)擴(kuò)大的層板間距有助于析氧反應(yīng)過程中的質(zhì)量傳遞,從而提高了CoFe-LDH納米片的電化學(xué)活性,在10 mA cm-2的過電位僅為340 mV。以氧化石墨烯(GO)為導(dǎo)電基底,耦合CoFe-LDH...

【文章頁數(shù)】：159 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號(hào)表
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 制氫技術(shù)簡(jiǎn)介
        1.2.1 化石燃料制氫
        1.2.2 生物質(zhì)制氫
        1.2.3 光催化水裂解制氫
        1.2.4 電催化水裂解制氫
    1.3 電催化水裂解制氫概述
        1.3.1 電催化水裂解發(fā)展歷程
        1.3.2 電催化水裂解反應(yīng)原理
        1.3.3 陰極析氫反應(yīng)機(jī)理分析
        1.3.4 陽極析氧反應(yīng)機(jī)理分析
    1.4 鈷、鐵基析氧電催化劑研究進(jìn)展
        1.4.1 金屬氧化物
        1.4.2 金屬氫氧化物
        1.4.3 金屬羥基氧化物
        1.4.4 金屬磷化物
        1.4.5 金屬硫族化物
    1.5 本文主要研究思路與內(nèi)容
2 實(shí)驗(yàn)部分
    2.1 實(shí)驗(yàn)所用試劑與原料
    2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
    2.3 分析表征儀器
    2.4 材料表征方法
        2.4.1 掃描電子顯微鏡
        2.4.2 透射電子顯微鏡
        2.4.3 粉末X射線衍射
        2.4.4 傅立葉變換紅外光譜
        2.4.5 拉曼光譜
        2.4.6 氮?dú)馕锢砦?br>        2.4.7 X射線光電子能譜
        2.4.8 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜
        2.4.9 熱重分析
        2.4.10 X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜
    2.5 電催化析氧反應(yīng)工作電極的制備與測(cè)試
        2.5.1 玻碳電極的預(yù)處理
        2.5.2 析氧工作電極的制備
        2.5.3 電極材料析氧性能的測(cè)試
3 氧化石墨烯耦合二維CoFe-LDH納米片復(fù)合材料的制備及其析氧性能研究
    3.1 引言
    3.2 材料制備
        3.2.1 CoFe-LDH納米片的制備
        3.2.2 Co(OH)2納米片與Co(OH)2+FeOOH混合物的制備
        3.2.3 氧化石墨烯(GO)的制備
        3.2.4 氧化石墨烯耦合CoFe-LDH納米片的制備
    3.3 CoFe-LDH納米片的形貌與結(jié)構(gòu)
    3.4 CoFe-LDH納米片的電化學(xué)性能
    3.5 CoFe-LDH/GO納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與形貌
    3.6 CoFe-LDH/GO納米復(fù)合材料的電化學(xué)性能
    3.7 本章小結(jié)
4 熱膨脹還原石墨烯耦合CoFe-LDH納米片復(fù)合材料的制備及其析氧性能研究
    4.1 引言
    4.2 材料制備
        4.2.1 熱膨脹還原石墨烯(TEG)的制備
        4.2.2 化學(xué)還原石墨烯(CRG)的制備
        4.2.3 多種功能化石墨烯耦合CoFe-LDH納米片復(fù)合材料的制備
        4.2.4 CoFe-LDH納米片的制備
    4.3 不同還原方法對(duì)GO的形貌與結(jié)構(gòu)的影響
    4.4 熱膨脹還原石墨烯耦合CoFe-LDH納米片復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
    4.5 熱膨脹還原石墨烯耦合CoFe-LDH納米片的結(jié)構(gòu)形成過程分析
    4.6 熱膨脹還原石墨烯耦合CoFe-LDH納米片復(fù)合材料的電化學(xué)性能
    4.7 本章小結(jié)
5 石墨烯負(fù)載Fe-CoOOH復(fù)合材料的制備及其析氧性能研究
    5.1 引言
    5.2 材料制備
        5.2.1 氧化石墨烯(GO)和石墨烯(G)的制備
        5.2.2 CoFeAl-LDH/G復(fù)合材料前驅(qū)體的制備
        5.2.3 CoFeAl-LDH前驅(qū)體和CoAl-LDH/G復(fù)合材料前驅(qū)體的制備
        5.2.4 Fe-CoOOH/G納米復(fù)合材料的制備
        5.2.5 Fe-CoOOH和Fe-CoOOH+G混合物的制備
        5.2.6 CoOOH/G納米復(fù)合材料的制備
    5.3 Fe-CoOOH/G納米復(fù)合材料的制備過程分析
    5.4 CoFeAl-LDH/G復(fù)合材料前驅(qū)體的形貌與結(jié)構(gòu)
    5.5 Fe-CoOOH/G納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)與形貌
    5.6 Fe-CoOOH/G納米復(fù)合材料的電化學(xué)性能
    5.7 Fe-CoOOH/G納米復(fù)合材料電催化析氧反應(yīng)的理論分析
    5.8 本章小結(jié)
6 Co-FeOOH納米片在碳纖維紙上的原位構(gòu)筑及其析氧性能研究
    6.1 引言
    6.2 材料制備
        6.2.1 碳纖維紙(CFP)的預(yù)處理
        6.2.2 Co-FeOOH納米片在碳纖維紙上的原位制備
        6.2.3 FeOOH/CFP復(fù)合材料的制備
    6.3 Co-FeOOH/CFP復(fù)合材料的形貌與結(jié)構(gòu)
    6.4 Co-FeOOH納米片的晶體結(jié)構(gòu)性質(zhì)
    6.5 Co-FeOOH納米片的原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)分析
    6.6 Co-FeOOH納米片電子結(jié)構(gòu)狀態(tài)的理論分析
    6.7 Co-FeOOH/CFP復(fù)合材料的電化學(xué)性能
    6.8 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    7.3 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間科研項(xiàng)目及科研成果
致謝
作者簡(jiǎn)介



本文編號(hào)：3874040