發(fā)布時間：2021-06-24 16:19

　　隨著全球環(huán)境和能源問題日益突出,高效的能源存儲和轉(zhuǎn)換技術(shù)已成為當前的重大需求。在能源存儲方面,為滿足開發(fā)大動力電源、電子設(shè)備、混合動力汽車和智能電網(wǎng)的需求,亟須發(fā)展高功率密度、高能量密度、高倍率性能和長循環(huán)壽命的超級電容器新型儲能電極材料。在能源轉(zhuǎn)換方面,氫能源的快速發(fā)展對電解水制氫技術(shù)提出了更高要求,尤其是高效、低成本的陽極析氧（OER）的開發(fā)成為了當前的研究重點。然而,大部分電極材料和催化劑的低電荷傳遞效率限制了這些能源技術(shù)的利用和發(fā)展。針對以上問題,我們旨在以鎳（Ni）、鈷（Co）基材料為平臺,通過對材料內(nèi)部電場、成鍵方式、摻雜和離子脫出的調(diào)控,優(yōu)化材料的電容性能和催化活性。本論文的主要內(nèi)容和結(jié)論如下:1.基于材料內(nèi)部電場的調(diào)控,研發(fā)了一種具有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的高性能ZnO/Co3O4超級電容器材料。采用簡單的水熱、回流和煅燒方法合成了 ZnO修飾的Co3O4多孔納米棒;該材料的比容量、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性分別比Co3O4對照樣提高了 1.4倍、4.7倍和1.1倍;ZnO和Co3O4之間形成了異質(zhì)結(jié)和內(nèi)部電場,從而促進了材料內(nèi)部OH-的傳遞,并且其一維多孔結(jié)構(gòu)也進一步增加了材料的比表面... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：104 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１．超級電容器的四種類型以及儲能過程［５］??正極、極、電解液和隔膜為超級電容器的基本組成

?第１章???為電解水的主要限速步驟。此外，ＯＥＲ為燃料電池和可充電金屬－空氣電池等技??術(shù)的重要半反應(yīng)［１５，１６］。因此，發(fā)展高活性、高穩(wěn)定性的ＯＥＲ催化劑具有十分重??要的意義。在堿性電解液中，催化劑Ｍ的ＯＥＲ過程包含四個步驟（圖１－２）?［１７］，??其對應(yīng)的自由能分別為ＡＧ＾ＡＧｈ催化劑的反應(yīng)活性一般由ＡＧ最大的反應(yīng)步驟??決定［１８］，所以?Ｇ〇ＥＲ?＝?ｍａｘ［ＡＧｉ，ＡＧ２，ＡＧ３，ＡＧＪｔｍａｘｔＡＧ），ＡＧ３］，過電位為??卵ｅ〇ｒｙ?＝?ｍａｘ［ＡＧ２，ＡＧ３］／ｅ－?１．２３?Ｖ【１９］。ＯＥＲ的決速步驟為兩個連續(xù)的氧化反應(yīng)，??所以高價態(tài)的金屬元素在催化過程中發(fā)揮重要作用。??）／〇ｚｍ?４〇ＨＶ＼??廣＋Ｈ２０ｍ?ｌ?＼??卜０Ｈ?卜．焉＼??Ｍ－ＯＯＨ?Ｍ－ＯＨ??圖１－２．?ＯＥＲ催化過程示意圖［１７＞??在ＯＥＲ催化劑中，釕氧化物（如Ｒｕ０２）和銥氧化物（如Ｉｒ０２）具有優(yōu)異的??催化活性，而且己經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。但是，貴金屬儲量稀少、價格昂??貴，而且在高陽極電位和堿性電解液中容易被氧化為Ｒｕ〇４和Ｉｒ〇３，進而溶解于??電解液中＠１。這些問題嚴重阻礙了貴金屬催化劑的大量使用。因此，開發(fā)儲量豐??富、價格低廉、高效、穩(wěn)定且環(huán)境友好的過渡金屬催化劑是ＯＥＲ技術(shù)的研宄重??點。過渡金屬催化劑種類豐富，目前己經(jīng)報導(dǎo)的是合金［２１］、氧化物［３，？２４］、氫氧??化物Ｐ５］、硫化物［２６］、硒化物［２７］、磷化物［２８］、氮化物［２９］、硼化物［３（）］等，但是大部??分材料在大電流密度下的穩(wěn)定性較差，并且這類催化劑的可控合成和構(gòu)效解析仍??存在挑戰(zhàn)。??１．２鎳基材料

２?Ｆｇ＿１［３１］。但是，叫０耶是一種半??導(dǎo)體材料，導(dǎo)電性較差。另外，Ｎｉ（ＯＨ）２作為電池類型材料，它的倍率性能低于??贗電容材料，經(jīng)常使用的改性策略是與導(dǎo)電性優(yōu)異的多孔碳材料或其他金屬化合??物復(fù)合。例如，Ｒｕｏｆｆ等使用三維石墨泡沫作為基底，在上面原位生長納米片狀??Ｎｉ（ＯＨ）２，不僅避免Ｎｉ（ＯＨ）２的團聚而且提高了?Ｎｉ（ＯＨ）２的電子傳遞效率和電解??液在多孔電極內(nèi)部的擴散速率［３２，３３］。Ｗａｎｇ等人在已合成的ＮｉＳ納米片上進一步??電沉積Ｎｉ（ＯＨ）２納米片（圖１－３），獲得了導(dǎo)電性能優(yōu)異的復(fù)合鎳基材料Ｍ。??＿?＿?＿?＿??ｉＴ？ＴＴＶＴＹＴ?ｉＴＴＴＴＴＴＴＴ?＊ＴＴＴｔＴＴＴＴ?ｉ?ｉＴＴｉ＇Ｔｉｉ??圖１－３．?ＮｉＣ〇Ｈ）２／ＮｉＳ陣列的合成示意圖Ｍ??Ｎｉ（ＯＨ）２也常被用作ＯＥＲ催化劑ｔ３５，Ｗ。Ｍａｒｋｏｖｉｃ等用３ｄ結(jié)構(gòu)的氫氧化鎳修??飾Ｐｔ單晶，獲得了高活性的ＮｉｈＣ＾ＯＨ＾／ＰｔＧｌｌ）催化劑，并且通過調(diào)節(jié)Ｎｉ和??ＯＨ＿之間的鍵長實現(xiàn)了對活性活性的調(diào)控Ｐ，％。Ｎｉ（ＯＨ）２具有多種物相且發(fā)生相??互轉(zhuǎn)化。Ｎｏｃｅｒａ等發(fā)現(xiàn)Ｙ－ＮｉＯＯＨ是Ｎｉ（ＯＨ＞的主要催化活性位點［３９，４ＱＵ－Ｎｉ（ＯＨ）２??也具有較高的催化活性和循環(huán)穩(wěn)定性（優(yōu)于｜３＿Ｎｉ（ＯＨ）２）?［４１］，在催化過程中被氧??化生成丫－ＮｉＯＯＨ，而丫－ＮｉＯＯＨ中高價態(tài)的Ｎｉ能促進ＯＥＲ中間產(chǎn)物＊ＯＯＨ的形??成１４２］。Ｐ－Ｎｉ（ＯＨ）２在催化過程中多被氧化生成ｐ－ＮｉＯＯＨ，?Ｐ－ＮｉＯＯＨ在低自旋的??ｄ７?Ｎｉ（ＩＩＩ）位點易發(fā)生Ｊａｈｎ－Ｔｅｌｌｅｒ變形，導(dǎo)致材料失活［４３］。??１．２．２

【參考文獻】：
期刊論文
[1]多功能碳包覆的Ni@NiO納米復(fù)合材料用于析氧反應(yīng)、氧還原反應(yīng)和鋰離子電池電極的研究（英文）[J]. 徐冬陽,牟從普,王博翀,向建勇,阮文君,溫福昇,杜夏,柳忠元,田永君.  Science China Materials. 2017(10)
[2]設(shè)計和制備能量轉(zhuǎn)換和環(huán)境凈化的高效異質(zhì)結(jié)光催化劑[J]. 余長林,周晚琴,濟美,劉鴻,魏龍福.  催化學(xué)報. 2014(10)



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