氫氣是一種高性能能量載體,被認(rèn)為是化石燃料的理想替代品之一。電解水制氫是簡單并且相對環(huán)保的一種制氫方法。析氫反應(yīng)（HER）和析氧反應(yīng)（OER）是電催化分解水的兩個(gè)半反應(yīng)。這兩個(gè)半反應(yīng)的動力學(xué)緩慢,導(dǎo)致電解水的效率不高,需要具有優(yōu)異催化性能的催化劑來改善動力學(xué)、促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。迄今為止,貴金屬材料Pt基化合物和Ir基化合物（或Ru）具有較理想的HER和OER電催化性能,但是成本高、儲量少等原因,限制了它們被廣泛應(yīng)用。過渡金屬成本低、儲量大,其化合物往往有良好的催化性能,有望替代貴金屬類催化劑。常見過渡金屬包括Fe、Co、Ni、Mn、W等元素,其中Fe被研究者們廣泛用作制備催化劑的原料。本論文致力于使用簡單的水熱和煅燒方法制備鐵基復(fù)合納米材料的催化劑,并研究其HER、OER及全水分解的性能。主要研究內(nèi)容如下:1、以Ni泡沫（NF）為基底制備納米催化劑Fe₃C/NF并研究其OER催化性能。采用水熱和煅燒法制備了催化劑Fe₃C/NF。催化劑Fe₃C/NF呈納米片狀,垂直地生長在Ni泡沫基底上。催化劑Fe₃C/N...

【文章頁數(shù)】：118 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 電解水
        1.2.1 HER反應(yīng)
        1.2.2 OER反應(yīng)
    1.3 電極材料簡介
        1.3.1 析氫電極材料簡介
        1.3.2 析氧電極材料簡介
    1.4 鐵基納米電催化材料簡介
        1.4.1 碳化物電催化材料簡介
        1.4.2 硫化物電催化材料簡介
    1.5 制備方法
        1.5.1 沉淀法
        1.5.2 電化學(xué)沉積法
        1.5.3 離子交換法
        1.5.4 溶膠-凝膠法
        1.5.5 水熱法/溶劑熱法
    1.6 提升催化劑電催化性能的策略
    1.7 本論文的研究內(nèi)容
2 實(shí)驗(yàn)
    2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備及型號
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑
    2.2 催化劑的表征方法
        2.2.1 X射線衍射(XRD)
        2.2.2 場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)
        2.2.3 能量色散譜(EDS)
        2.2.4 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.2.5 X射線光電子能譜(XPS)
    2.3 電化學(xué)測試技術(shù)
        2.3.1 線性掃描伏安法(LSV)
        2.3.2 循環(huán)伏安法(CV)
        2.3.3 恒電勢法和恒電流法
        2.3.4 電化學(xué)阻抗譜(EIS)
    2.4 接觸角測試
3 催化劑Fe₃C/NF的制備及其催化性能研究
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備及型號
        3.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑
    3.3 實(shí)驗(yàn)部分
        3.3.1 Fe₃C/NF催化材料的制備
        3.3.2 對比樣品的制備
        3.3.3 IrO2催化材料的制備
        3.3.4 電化學(xué)性能測試
    3.4 Fe₃C/NF及其對比樣品
        3.4.1 Fe₃C/NF及其對比樣品的場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)
        3.4.2 Fe₃C/NF及其對比樣品的OER性能測試
    3.5 制備條件的優(yōu)化
        3.5.1 考察表面活性劑對電催化OER性能的影響
        3.5.2 考察水熱溫度對電催化OER性能的影響
        3.5.3 考察水熱時(shí)間對電催化OER性能的影響
    3.6 性質(zhì)表征
        3.6.1 X射線衍射(XRD)
        3.6.2 透射電子顯微鏡(TEM)
        3.6.3 X射線光電子能譜(XPS)
        3.6.4 接觸角測試
    3.7 電化學(xué)表征
        3.7.1 電化學(xué)阻抗譜(EIS)
        3.7.2 雙電層電容(Cdl)
        3.7.3 穩(wěn)定性測試
    3.8 本章小結(jié)
4 催化劑Fe₃C@Co₂C/NF的制備及其催化性能研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器
        4.2.1 實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備及型號
        4.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑
    4.3 實(shí)驗(yàn)部分
        4.3.1 前驅(qū)體CoO/NF的制備
        4.3.2 催化劑Fe₃C@Co₂C/NF的制備
        4.3.3 對比樣品的制備
        4.3.4 IrO2和Pt/C催化材料的制備
        4.3.5 電化學(xué)性能測試
    4.4 CoO/NF及其對比樣品的電催化性能測試
        4.4.1 CoO/NF及其對比樣品的OER性能測試
        4.4.2 CoO/NF及其對比樣品的HER性能測試
    4.5 性質(zhì)表征
        4.5.1 CoO/NF及其對比樣品的場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)
        4.5.2 CoO/NF的 X射線衍射(XRD)
        4.5.3 CoO/NF的 X射線光電子能譜(XPS)
        4.5.4 CoO/NF的接觸角測試
    4.6 電化學(xué)表征
        4.6.1 CoO/NF的電化學(xué)阻抗譜(EIS)
        4.6.2 CoO/NF的雙電層電容(Cdl)
        4.6.3 CoO/NF的 OER催化穩(wěn)定性
        4.6.4 CoO/NF的 HER催化穩(wěn)定性
        4.6.5 CoO/NF的全水分解性能
    4.7 Fe₃C@Co₂C/NF及其對比樣品
        4.7.1 Fe₃C@Co₂C/NF及其對比樣品的場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)
        4.7.2 Fe₃C@Co₂C/NF及其對比樣品的OER性能測試
    4.8 制備條件的優(yōu)化
        4.8.1 考察不同表面活性劑對電催化OER性能的影響
        4.8.2 考察鐵離子濃度對電催化OER性能的影響
        4.8.3 考查SDBS與 NaHCO₃的摩爾比對電催化OER性能的影響
        4.8.4 考察第二步水熱溫度對電催化OER性能的影響
        4.8.5 考察第二步水熱時(shí)間對電催化OER性能的影響
    4.9 性質(zhì)表征
        4.9.1 X射線衍射(XRD)
        4.9.2 透射電子顯微鏡(TEM)
        4.9.3 X射線光電子能譜(XPS)
        4.9.4 接觸角測試
    4.10 電化學(xué)表征
        4.10.1 電化學(xué)阻抗譜(EIS)
        4.10.2 雙電層電容(Cdl)
        4.10.3 穩(wěn)定性測試
    4.11 本章小結(jié)
5 催化劑Fe-Co-Ni-Sx/NF的制備及其催化性能研究
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器
        5.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        5.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器
    5.3 實(shí)驗(yàn)部分
        5.3.1 前驅(qū)體的制備
        5.3.2 催化劑Fe-Co-Ni-Sx/NF的制備
        5.3.3 催化劑Fe-Co-Ni-Sx/NF的電化學(xué)測試
    5.4 制備條件的優(yōu)化
        5.4.1 考察不同表面活性劑對電催化性能的影響
        5.4.2 考察第二步水熱時(shí)間對電催化性能的影響
        5.4.3 考察第二步水熱溫度對電催化性能的影響
    5.5 性質(zhì)表征
        5.5.1 場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)
        5.5.2 X射線衍射(XRD)
        5.5.3 接觸角測試
    5.6 電化學(xué)表征
        5.6.1 穩(wěn)定性測試
        5.6.2 雙電層電容(Cdl)
        5.6.3 電化學(xué)阻抗譜(EIS)
        5.6.4 催化劑Fe-Co-Ni-Sx/NF的 OER性能
        5.6.5 催化劑Fe-Co-Ni-Sx/NF的全水分解性能
    5.7 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
附錄
    A.作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄
    B.學(xué)位論文數(shù)據(jù)集
致謝



本文編號：4018570