碳載過渡金屬硫化物復(fù)合氣凝膠的制備及其電催化性能
發(fā)布時間：2021-03-26 21:14
隨著世界經(jīng)濟的迅速發(fā)展,各國對能源的需求也是越來越大。但近年來全球環(huán)境惡化污染加重,能源短缺,面對這些問題,人們已經(jīng)認識到開發(fā)新能源的重要性。因此開發(fā)綠色、高效、低成本且可持續(xù)的新能源越來越吸引研究者的目光。燃料電池和金屬空氣電池作為高效率新能源電池,具有綠色零污染、無噪音等優(yōu)點。氧還原反應(yīng)（ORR）和析氧反應(yīng)（OER）作為燃料電池和金屬空氣電池中兩個最重要的半反應(yīng),涉及四電子轉(zhuǎn)移過程,但動力學(xué)反應(yīng)十分緩慢,并且人們對高效電催化劑的研發(fā)以及催化機制的認識還有很多不足,因此研究高效持久的電催化劑迫在眉睫。目前,ORR和OER主要是以貴金屬催化劑為主（如ORR:Pt/C;OER:Ir O2/Ru O2）。然而,它們儲備量低、成本高和穩(wěn)定性差等缺點阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用。相比貴金屬,碳材料、過渡金屬和硫的儲量豐富、低成本易于推廣,是理想的商業(yè)化電催化劑。鋅-空電池作為一種半蓄電池半燃料電池,具有比能量高（理論值:1350 Wh/kg）、能量密度大、儲量豐富、放電曲線平穩(wěn)等諸多優(yōu)點而備受人們關(guān)注。本論文主要以碳基材料為前驅(qū)體,利用溶膠-凝膠法,將碳基材料...
【文章來源】：南京師范大學(xué)江蘇省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：83 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
（a-d）NiCo/PFC氣凝膠在不同放大倍數(shù)下的SEM圖像
第1章緒論3[14]使用了殼聚糖、鎳氰化鉀和鈷氰化鉀為原料，通過溶膠-凝膠法，以殼聚糖為碳源，合成了NiCo/PFC電催化劑，如圖1.1所示。該催化劑在KOH堿性溶液中，起始電位為0.92V，半波電位為0.79V，與商業(yè)化Pt/C電催化相比，催化性能接近。圖1.1（a-d）NiCo/PFC氣凝膠在不同放大倍數(shù)下的SEM圖像圖1.2（a）在B,N-修飾石墨烯片上制備富含氧空位的CoOxNPs；（b）CoOxNPs/BNG雜化產(chǎn)物的XRD圖譜。NPs/BNG（JCPDS：71-1178）；（c）CoOxNPs/BNG混合物的SEM、（d）TEM和（e）HRTEM圖
第2章水凝膠衍生的蜂窩狀Ni3S4/N,P-HPC制備及其析氧性能10ERHE=ESCE+0.0592pH+0.242通過超聲分散5mg催化劑，0.2mL無水乙醇，0.7mL蒸餾水和100μL5wt％Nafion溶液的混合物來制備催化劑。為了將催化劑固定在工作電極上，將10μL催化劑混合液滴到玻碳電極表面上，并在室溫下干燥（載量約為0.25mg·cm-2）。在O2飽和的0.1MKOH溶液中以1600rpm和5mV·s-1的掃描速率測試催化劑的OER活性。為了獲得電化學(xué)雙層電容（Cdl），在非法拉第范圍以不同的掃描速率（2、4、6、8和10mV·s-1）在0.95至1.05V（vs.RHE）范圍內(nèi)掃描。2.3結(jié)果與討論2.3.1Ni3S4/N,P-HPC物理表征圖2.1Ni3S4/N,P-HPC的制備示意圖Ni3S4/N,P-HPC的制備過程如圖1所示。Ni3S4/N,P-HPC的制備從CS、TPP、PHMG的溶膠-凝膠聚合開始。CS、TPP和PHMG水凝膠的形成機理取決于兩個因素：首先，帶有陽離子的殼聚糖（CS）通過靜電作用與聚合陰離子TPP交聯(lián)[64]；其次，磷酸聚六亞甲基胍（PHMG）可以通過共價鍵接枝到殼聚糖主鏈上，從而形成帶有–NH–(CH2)6–NHC=NHH3PO4–重復(fù)單元的交聯(lián)CS-胍基聚合物[65]。它們之間的相互作用如圖2.1所示，并通過紅外光譜進一步證實（如圖2.2所示）。首先向初始水凝膠中添加可溶性鎳鹽，鎳鹽將被包裹在水凝膠中，且Ni2+可以與聚合物的官能團螯合。同時，鎳鹽對聚合或凝膠化過程具有一定的催化作用，反過來可以影響凝膠的形態(tài)和孔隙結(jié)構(gòu)。為了獲得硫化物，選擇Na2S·9H2O作為S摻雜劑。經(jīng)過冷凍干燥和碳化處理后，可以得到具有良好蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)的Ni3S4/N,P-HPC氣凝膠。冷凍干燥有助于保持三維多孔結(jié)構(gòu)，防止碳化過程中的
【參考文獻】：
期刊論文
[1]S,N co-doped carbon nanotube-encapsulated core-shelled CoS2@Co nanoparticles:efficient and stable bifunctional catalysts for overall water splitting[J]. Jing-Yu Wang,Ting Ouyang,Nan Li,Tianyi Ma,Zhao-Qing Liu. Science Bulletin. 2018(17)
本文編號：3102258
【文章來源】：南京師范大學(xué)江蘇省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：83 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
（a-d）NiCo/PFC氣凝膠在不同放大倍數(shù)下的SEM圖像
第1章緒論3[14]使用了殼聚糖、鎳氰化鉀和鈷氰化鉀為原料，通過溶膠-凝膠法，以殼聚糖為碳源，合成了NiCo/PFC電催化劑，如圖1.1所示。該催化劑在KOH堿性溶液中，起始電位為0.92V，半波電位為0.79V，與商業(yè)化Pt/C電催化相比，催化性能接近。圖1.1（a-d）NiCo/PFC氣凝膠在不同放大倍數(shù)下的SEM圖像圖1.2（a）在B,N-修飾石墨烯片上制備富含氧空位的CoOxNPs；（b）CoOxNPs/BNG雜化產(chǎn)物的XRD圖譜。NPs/BNG（JCPDS：71-1178）；（c）CoOxNPs/BNG混合物的SEM、（d）TEM和（e）HRTEM圖
第2章水凝膠衍生的蜂窩狀Ni3S4/N,P-HPC制備及其析氧性能10ERHE=ESCE+0.0592pH+0.242通過超聲分散5mg催化劑，0.2mL無水乙醇，0.7mL蒸餾水和100μL5wt％Nafion溶液的混合物來制備催化劑。為了將催化劑固定在工作電極上，將10μL催化劑混合液滴到玻碳電極表面上，并在室溫下干燥（載量約為0.25mg·cm-2）。在O2飽和的0.1MKOH溶液中以1600rpm和5mV·s-1的掃描速率測試催化劑的OER活性。為了獲得電化學(xué)雙層電容（Cdl），在非法拉第范圍以不同的掃描速率（2、4、6、8和10mV·s-1）在0.95至1.05V（vs.RHE）范圍內(nèi)掃描。2.3結(jié)果與討論2.3.1Ni3S4/N,P-HPC物理表征圖2.1Ni3S4/N,P-HPC的制備示意圖Ni3S4/N,P-HPC的制備過程如圖1所示。Ni3S4/N,P-HPC的制備從CS、TPP、PHMG的溶膠-凝膠聚合開始。CS、TPP和PHMG水凝膠的形成機理取決于兩個因素：首先，帶有陽離子的殼聚糖（CS）通過靜電作用與聚合陰離子TPP交聯(lián)[64]；其次，磷酸聚六亞甲基胍（PHMG）可以通過共價鍵接枝到殼聚糖主鏈上，從而形成帶有–NH–(CH2)6–NHC=NHH3PO4–重復(fù)單元的交聯(lián)CS-胍基聚合物[65]。它們之間的相互作用如圖2.1所示，并通過紅外光譜進一步證實（如圖2.2所示）。首先向初始水凝膠中添加可溶性鎳鹽，鎳鹽將被包裹在水凝膠中，且Ni2+可以與聚合物的官能團螯合。同時，鎳鹽對聚合或凝膠化過程具有一定的催化作用，反過來可以影響凝膠的形態(tài)和孔隙結(jié)構(gòu)。為了獲得硫化物，選擇Na2S·9H2O作為S摻雜劑。經(jīng)過冷凍干燥和碳化處理后，可以得到具有良好蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)的Ni3S4/N,P-HPC氣凝膠。冷凍干燥有助于保持三維多孔結(jié)構(gòu)，防止碳化過程中的
【參考文獻】：
期刊論文
[1]S,N co-doped carbon nanotube-encapsulated core-shelled CoS2@Co nanoparticles:efficient and stable bifunctional catalysts for overall water splitting[J]. Jing-Yu Wang,Ting Ouyang,Nan Li,Tianyi Ma,Zhao-Qing Liu. Science Bulletin. 2018(17)
本文編號：3102258
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