一、Surface alloy/GC电催化剂的制备与结构表征(论文文献综述)
王加欣[1](2021)在《自支撑电极材料的电子结构及其电化学性能研究》文中指出全球能源短缺和环境危机使得转变能源结构,推动能源绿色清洁发展成为全球共识。作为清洁、可持续的二次能源,电能的转化和储存在当今能源转型关键时期占有重要地位。电解水制氢和锂离子电池分别作为主要的电能转化和储存技术,其发展瓶颈均都在于各自体系中电极材料性能的提高。目前,传统方法制备电极材料时工序繁琐,并且需添加导电剂、粘结剂等,导致电极上活性材料分布不均匀,严重影响了电化学反应中的电子转移和离子传输。因而,开发不含粘结剂的自支撑电极材料,有利于充分暴露电极材料的活性位点,提高活性组分的利用率,从而实现高效的电能转化和储存。与传统制备方法相比,电化学沉积技术因其方法简便、成本低、效率高、适用范围广等优势,在自支撑纳米材料制备领域具有良好发展前景。而且,电化学沉积得到的材料尺寸可控,具有更优异的耐腐蚀性、高导电率、高催化活性等特殊的物理化学性质。因此,利用电沉积法构筑无粘结剂的自支撑电极材料,并对其电子结构进行精准调控以及探究其电化学反应机理是研究者们面临的机遇和挑战。本论文基于水滑石层板金属组成可调以及多酸多电子转移的特性,采用简单易操作的电沉积技术,通过构建分级结构,掺杂,原位生长等方法制备了三种自支撑电极材料。利用一系列表征研究了材料的组成、结构,并深入探索了材料中活性组分间的协同作用及其与电化学性能之间的联系,为设计高效电催化剂和高容量锂电负极材料提供了新思路和方法。具体研究内容如下:1.利用水热法在泡沫镍(NF)上原位生长了超薄四氧化三钴纳米片(Co3O4/NF),随后通过电沉积不同水滑石构筑了一类泡沫镍自支撑的水滑石/四氧化三钴复合材料(LDH-Co3O4/NF)。研究表明,水滑石层板元素的组成调变使得复合材料中Co的电子结构得以调控,其中Co3+作为电催化分解水的有利活性位点,其所占比例按照Ni Fe-LDH-Co3O4/NF,Co Fe-LDH-Co3O4/NF,Ni Co-LDH-Co3O4/NF,Co Mn-LDH-Co3O4/NF,Co3O4/NF的顺序逐渐减小;此外,形成的分级纳米片结构具有更大的比表面,可以暴露更多的活性位点。这种电子结构和形貌结构的优化降低了电解水反应所需的过电位,大大提高了OER和HER的催化性能。采用泡沫镍作为基底形成的自支撑结构,可以有效的避免粘结剂对材料活性的影响,提高材料的导电性,加速质子传递。将所制备的一系列LDH-Co3O4/NF材料在碱性环境中进行电化学测试,发现Ni Fe-LDH-Co3O4/NF具有最好的OER和HER催化活性,其η10分别仅214和162 m V。同时,经过长时间循环测试,催化材料活性仍然可以较好的维持,具有良好的稳定性。2.利用电化学沉积的方法在泡沫镍(NF)上原位生长了三元水滑石阵列(Ni(Co0.5Fe0.5)/NF)。XAS、EXAFS及XPS等结果表明,与传统共沉淀法合成的三元水滑石相比(Ni(Co0.5Fe0.5)-bulk和Ni(Co0.5Fe0.5)-mono),同金属比例的Ni(Co0.5Fe0.5)/NF材料中存在更多的Co3+,且材料中存在大量配位不饱和的缺陷位点,具有更高的电催化活性。在1 M的KOH电解液中测试电催化性能,电沉积生长的Ni(Co0.5Fe0.5)/NF表现出最佳的OER性能,其η10低至209 m V。进一步地,通过调变三元水滑石中Fe元素的掺入量,制备了不同Co/Fe比例的Ni(CoxFe1-x)/NF,发现材料中Co3+所占比例随Fe掺入量的加大先增加后减少。当Co:Fe=1:1时,三元水滑石中Co3+所占比例最高,且电催化性能最优。DFT计算结果也进一步表明,在Co3+所占比例较高的Ni(Co0.5Fe0.5)/NF材料中,对决速步骤(即对O*的吸附)具有最小的吉布斯自由能。所制备的Ni(Co0.5Fe0.5)/NF电极材料也兼备良好的结构稳定性和电化学稳定性。3.利用电化学沉积法,在碳布(CC)上原位沉积多酸-聚苯胺复合材料(PANi-PMo12/CC),在苯胺聚合过程中,多酸均匀嵌入聚合物。所制备的自支撑电极材料实现了多酸在聚苯胺上的均匀分散及稳定负载,解决了多酸易团聚,易溶解以及导电性差等问题,且多酸可诱导聚苯胺更均匀地在碳布表面成膜。与传统的粉末PANi-PMo12电极材料相比,自支撑的PANi-PMo12/CC复合材料可以有效避免电极制备过程中粘结剂的影响,具有较小的电荷转移阻抗和较高的锂离子扩散系数,有助于缩短电子转移和离子扩散路径。PANi-PMo12/CC作为锂离子电池负极材料表现出了优异的循环性能,经过200次充放电循环,在1 A g-1下仍具有1092 m Ah g-1的比容量。此外,XPS、EELS、XAFS以及DFT计算结果表明,多酸中与聚苯胺中之间有较强的静电相互作用。在对锂离子的吸附的计算结果显示,PMo12为主要的锂吸附活性位点,而PANi主要作为电子介质以促进电子转移,并且复合材料对锂的吸附能大于单独的PMo12,说明PMo12与PANi协同作用促进了氧化还原储锂过程的进行,从而提升了其储锂容量。
李泊林[2](2021)在《过渡金属硫化物/纳米碳界面结构设计及电解水催化特性调控》文中提出电解水反应的两个半反应,即析氢反应(HER)和析氧反应(OER),存在较高的活化势垒,反应动力学速率慢,导致电解水制氢的过电位较大,而实际有意义的电解水需要1.8 V以上的电压。目前,基于Pt、Ru、Ir等贵金属催化剂被认为是最高效的电解水催化剂,但是它们在地球上的含量稀少、价格昂贵,因此开发高效的非贵金属电催化剂可以解决这一问题。其中,过渡金属硫化物由于其催化活性高、成本低廉、合成方法简单可靠等优点,成为理想的贵金属替代材料之一。然而,硫化物本质的双功能催化活性和稳定性不足等问题,导致在全电解水的实际应用中表现欠佳。本文围绕多组分设计、纳米形貌设计、碳包覆界面设计、异质元素掺杂设计四种方式来调控金属硫化物(以硫化镍为例)催化剂的表界面特性和电子结构,改变其表面的氧中间体吸附和氢吸附吉布斯自由能,同时提高HER和OER的双功能催化活性。具体的研究内容如下:(1)硫化镍多相界面结构及单一Ni3S2催化剂设计:本论文首先选择Ni S/Ni S2双硫化物作为案例,探讨了多相界面作用对HER和OER催化活性的影响,相比单一的Ni3S2催化剂电解水性能大幅增强(全电解测试Ni S/Ni S2在1.61 V时电流密度即可达到10 mA cm-2,比单一Ni3S2的1.79 V足足低了180 mV)。考虑到单一Ni3S2的性能欠佳,本文进一步以Ni3S2作为研究对象,通过Q-CVD技术进行了Ni3S2纳米颗粒、Ni3S2纳米多面体和Ni3S2纳米线等多尺度结构优化并进一步与三维(或氮掺杂)石墨烯构建复合结构,以达到大幅度提高Ni3S2纳米催化剂电解水催化效能的最终目标。(2)Ni3S2纳米颗粒@三维石墨烯纳米片催化剂设计:本文通过Q-CVD技术成功构建了泡沫镍(NF)自支撑的三维石墨烯纳米片包裹Ni3S2纳米颗粒(Ni3S2纳米颗粒@3-D GNs/NF)新型催化剂,高密度的Ni3S2纳米粒子分散在三维石墨烯的多孔网络,为高效催化组分的离子扩散和电子传输提供了双通道;金属硫化物的本征活性和石墨烯的增强效应对催化剂的优良催化性能起着主导作用。所合成的Ni3S2纳米颗粒@3-D GNs/NF可作为一种无粘结剂的自支撑催化电极,用于电催化分解水表现出显着的OER和HER催化活性(10 mA cm-2电流密度下OER和HER过电位为296 mV和158 mV,全电解测试达到10 mA cm-2电流密度的电压为1.55 V)。(3)Ni3S2纳米线@氮掺杂石墨烯纳米管催化剂设计:本文通过Q-CVD技术进一步制备了一种基于泡沫镍负载的新型Ni3S2纳米线@N掺杂石墨烯碳纳米管(Ni3S2@NGCLs/NF),这种独特的核壳纳米线结构使其在催化反应中具有重要优势,通常电子可以从内核金属穿透到外部碳层加速催化反应。通过碳纳米管与Ni3S2纳米线的结合,碳纳米管的高导电性使得电子可以很容易地穿梭到Ni3S2纳米线上;碳纳米管的化学和机械稳定性提高了Ni3S2纳米线的催化稳定性;由于Ni OOH是OER的高活性物质,因此NGCLs包覆Ni3S2纳米线的核壳电缆状纳米结构为Ni3S2连续形成Ni OOH提供了缓释效应。因此Ni3S2@NGCLs/NF复合电催化剂在表现出良好的整体电催化分解水性能(10 mA cm-2电流密度下OER和HER过电位为271 mV和132 mV,全电解测试达到10 mA cm-2电流密度的电压为1.55 V)。(4)氮掺杂Ni3S2纳米立方体@氮掺杂石墨烯催化剂设计:本文通过Q-CVD技术最后制备了一种基于泡沫镍负载的氮掺杂Ni3S2纳米立方体和氮掺杂石墨烯复合体(N-Ni3S2@NG/NF)。碳材料及金属化合物的异质元素掺杂,对反应中间体在电催化剂表面的化学吸附具有较强的调制能力,能够有效地加速水的裂解速率而受到越来越多的关注。由于N-Ni3S2@NG/NF异质界面的原位生成、氮负离子的掺入和N掺杂碳包覆纳米立方结构,改变了Ni3S2的晶体结构和电子结构,从而使复合材料的催化活性显着提高。所制备的自支撑N-Ni3S2@NG/NF电极在碱性介质中对HER和OER均表现出高效的电催化活性(10 mA cm-2电流密度下OER和HER过电位为238 mV和100 mV,全电解测试达到10 mA cm-2电流密度的电压为1.53 V)。
郝翊茹[3](2021)在《钴基纳米催化材料的控制合成、缺陷调控及电催化性能研究》文中研究指明化石燃料的快速消耗和不可再生能源的使用对环境造成严重污染,推动了先进能源转换设备与存储系统的蓬勃发展。金属-空气电池、电解水装置等作为新型清洁能源转换体系备受关注,其中涉及的主要反应为氧还原反应(ORR)、析氧反应(OER)、析氢反应(HER)等。然而由于这些反应自身的动力学缓慢,因此选择一个性能优异的电催化剂用于提高反应速率和能量转换效率至关重要。目前,Pt基催化剂和Ir/Ru基催化剂分别被认为是最有效的ORR和OER电催化剂。然而,这些贵金属基电催化剂由于价格高、含量少、稳定性差,无法满足大规模应用的需要。目前,面临的挑战是开发一种高活性、低成本的双功能电催化剂来促进催化反应的进行。过渡金属因其储量丰富,价格低廉,环境友好而被广泛应用,其中钴基金属(氧化物,硫化物等)在碱性条件下具有高活性、良好的电化学稳定性等特点,被认为是一类颇有前景的催化材料。基于以上研究背景,本论文以钴基过渡金属纳米催化材料为研究对象,通过调控微观晶体结构、形貌、缺陷以及表界面构筑等方法,设计合成电催化性能优异的钴基金属催化剂,具体研究内容如下:(1)首先,通过水热法,合成球形尖晶石CoFe2O4纳米颗粒作为前驱体。然后通过诱导合金析出以及化学气相沉积(CVD)法成功制备具有碳氧双缺陷与异质界面的双功能催化材料CoFe@Fe3N-CNT。通过XRD、XPS、SEM、TEM等手段对催化剂的结构、组成、形貌等进行了详细表征并且对催化剂进行了密度泛函理论(DFT)计算,结果表明,催化剂具有独特的豌豆荚状异质界面结构,且在其中构筑了丰富的碳、氧缺陷。在异质界面与缺陷的协同作用下,有效调节了催化剂的电子结构,促进电催化性能的提高。本章通过简单的CVD方法,在由尖晶石CoFe2O4衍生的碳纳米管中构筑了异质界面以及大量的碳、氧缺陷,同时也对催化剂在碱性条件下的ORR反应机理进行了深入研究。(2)通过水热法,合成一种负载在碳布上的Co(OH)F纳米针状阵列前驱体。然后通过CVD法原位构筑氮掺杂碳纳米管包覆单质钴电催化剂。最后通过引入S元素,成功合成一种具有Co@Co1-XS与CNTs异质结结构的双功能催化剂Co@Co1-XS-NCNT,且催化剂中富含有硫空位。通过SEM、TEM、EPR和XPS等表征测试对催化剂的结构、组成、形貌等进行了系统研究。结果表明,其具有独特的异质结结构以及大量的硫缺陷,有利于氧和电子的传输,有效的增强了催化剂的导电性,为反应提供更多的活性位点。该催化剂具有优异的OER电催化活性以及锌-空气电池性能。(3)采用溶胶凝胶法,成功合成钙钛矿氧化物SrCoO2.52纳米催化材料。通过表面工程策略成功合成一种具有超高析氧反应性能的非晶态钴基电催化剂。通过TEM、XRD、EPR等表征手段对其结构、组成以及氧空位缺陷进行了系统研究。研究结果表明,通过引入Ru3+离子,Ru3+水解并沉积在钙钛矿表面,结晶完好的钙钛矿结构遭到破坏,最终重构为无定形结构,并且构筑了大量的氧空位缺陷。通过结构的转变以及对金属价态的调控,极大地提升了催化剂的析氧反应性能,其10m A·cm-2的电流密度下对应电位为1.42V。
李爱红[4](2021)在《苯基膦酸类金属配合物及复合材料的合成与催化性能研究》文中研究表明苯基膦酸类金属配合物由有机配体和中心离子通过配位键组成,具有新颖的拓扑结构并表现出独特的物理化学性质,因其含有强的配位键,而表现出较好的化学稳定性和热稳定性,故在多相吸附、分离、燃料电池、传感器及催化等领域有着十分广泛的应用。其中在光催化方面,苯基膦酸类配体除具有良好的化学及热稳定性外,还可作为光敏剂,在入射光的作用下产生光生电子-空穴,而相应的配合物金属离子可被光生电子还原,该结构特点使苯基膦酸类金属配合物有望成为一种极具潜力的光催化材料。本文首先设计并合成了新型苯基膦酸金属配合物(MPPA),其中M为La、Ce、Nd;以及二苯基膦酸金属配合物(MDPPA),其中M为Co、Ni、Cu、Zn、La、Ce、Nd,利用XRD、XPS、EA、ICP-MS、IR、UV-Vis DRS、SEM、TG等测试手段确定了配合物的组成及结构并测试了其物理化学性质,然后较系统的评价了苯基膦酸类金属配合物的光催化性能。在此基础上,进一步设计合成了以上系列中二苯基膦酸金属配合物/TiO2的复合材料(MDPPA/TiO2),并对其进行了系统的表征和光催化性能研究。复合物中金属配合物的存在,有效提升了其催化活性,也扩展了金属配合物的应用范围。本文为苯基膦酸类金属配合物及其复合材料的应用提供了基本的实验参数和理论依据,主要研究结果如下:(1)苯基膦酸金属配合物的合成、表征与光催化性质研究以苯基膦酸为配体分别与稀土金属元素(La、Ce、Nd)进行溶剂热反应制备了三个新型苯基膦酸金属配合物。在详细表征的基础上,确定了配合物的组成及结构并测试了其理化性质。SEM分析结果显示,苯基膦酸金属配合物的形貌为片层状。红外吸收光谱表明,配合物在1123~1154 cm-1处存在M-O-P(M=Metal)的特征吸收峰。以苯基膦酸金属配合物为光催化剂,通过光催化裂解水制备氢气,对其光催化性能进行了评价。结果表明,在紫外可见光照射3 h,MPPA(M=La、Ce、Nd)的产氢量分别为168.6μmol/g、159.2μmol/g和179.5μmol/g,其中苯基膦酸钕配合物在光催化裂解水制氢中具有最佳的光催化产氢活性。通过分析配合物的结构与光催化性能的关系,提出了苯基膦酸金属配合物的光催化机理。(2)二苯基膦酸金属配合物的合成、表征与光催化性质研究以二苯基膦酸为配体分别与第四周期后过渡金属(Co、Ni、Cu、Zn)及稀土金属元素(La、Ce、Nd)进行溶剂热反应制备了七个新型二苯基膦酸金属配合物。在对其进行详细表征的基础上,确定了配合物的组成、结构及其理化性质。与苯基膦酸金属配合物不同,二苯基膦酸金属配合物形貌为纤维状或棒状。不同形貌配合物的形成遵循反应诱导降解-原位组装机理。红外吸收光谱表明,配合物在1048~1062 cm-1处存在M-O-P的特征吸收峰。以二苯基膦酸金属配合物为光催化剂,通过催化裂解水或氧化乙醇制备氢气对七个新型二苯基膦酸金属配合物进行了光催化性能评价。结果表明,在光催化裂解水制备氢气中,在紫外可见光照射3 h,MDPPA(M=La、Ce、Nd)的产氢量分别为130.1μmol/g、105.2μmol/g和117.4μmol/g,其中二苯基膦酸镧配合物在光催化裂解水制氢中具有最佳的光催化产氢活性。因配合物MDPPA(M=Co、Ni、Cu、Zn)在水中的溶解度较大,不适合通过裂解水制氢评价其光催化性能,因此利用光催化氧化乙醇制氢对配合物的催化性能进行了评价,在紫外可见光照射3 h,MDPPA(M=Co、Ni、Cu、Zn)的产氢量分别为165.3μmol/g、24.8μmol/g、45.9μmol/g和0μmol/g,其中二苯基膦酸钴配合物在光催化氧化乙醇制备氢气中具有最佳的光催化产氢活性。在分析二苯基膦酸金属配合物的光催化构效关系的基础上,探讨了配合物的光催化机理。(3)二苯基膦酸金属配合物/TiO2复合材料的合成、表征与光催化性质研究以二苯基膦酸为配体分别与第四周期后过渡金属(Co、Ni、Cu)及稀土金属元素(La、Ce、Nd)与TiO2进行溶剂热反应制备了六个新型二苯基膦酸金属配合物/TiO2复合材料。利用多种测试手段对复合物进行了表征与分析,XRD和SEM分析结果表明,在复合材料的形成过程中,MDPPA本身的晶体结构和形貌都没有发生变化;以复合材料为光催化剂,通过催化裂解水或氧化乙醇制备氢气对其进行了催化性能评价,光催化性能研究表明复合材料的催化活性优于相应的配合物或TiO2。以复合材料MTi10为代表,在光催化裂解水制氢中,在紫外可见光照射3 h,MTi10(M=La、Ce、Nd)的产氢量分别为137.9μmol/g、162.1μmol/g和138.2μmol/g,其中二苯基膦酸铈配合物/TiO2复合材料具有最佳的光催化产氢活性。在光催化氧化乙醇制氢中,在紫外可见光照射3 h,MTi10(M=Co、Ni、Cu)的产氢量分别为1155.9μmol/g、8256.2μmol/g和6485.6μmol/g,其中二苯基膦酸镍配合物/TiO2复合材料具有最佳的光催化产氢活性。根据复合物的结构特点以及光催化性能评价结果,提出了复合物的光催化机理。综上所述,设计和合成的十六个苯基膦酸类金属配合物及二苯基膦酸金属配合物/TiO2复合材料,除中心离子3d轨道为满壳层的二苯基膦酸锌外,都表现出较好的光催化活性,其中复合物的光催化性能明显优于其对应的配合物。因此,苯基膦酸类金属配合物不仅本身具有光催化活性,而且在复合物中也能起到改善复合材料光催化性能的作用。
孙善富[5](2021)在《镍基双金属析氧电催化剂的设计合成及性能研究》文中指出电催化水分解制备清洁无污染的氢能,是缓解能源短缺和环境污染问题最有潜力的新技术之一。然而,阳极上的析氧反应(OER)涉及四个电子转移过程,是动力学上的慢反应,其反应速率决定了整体水分解的效率。当前贵金属基氧化物RuO2和IrO2被认为是活性最高的一类OER电催化剂,但是高昂的价格限制了它们工业化应用。因此,亟需开发廉价、高效且稳定的非贵金属基析氧反应电催化剂。镍基双金属材料具有制备工艺简单、价格低廉、电子结构可调等优点,作为OER电催化剂使用已经得到了广泛研究。但其催化活性依然不能令人满意;对双金属中活性中心及所产生的协同效应的认识还存有争议;对如何合理地设计合成镍基双金属催化剂还没有达成共识。基于此,本论文通过构建分级结构、构筑异质结和调控d带中心等手段设计合成了一系列高效的镍基双金属析氧电催化剂,并结合DFT理论模拟计算探究了OER反应机理及催化活性提升的机制。利用自牺牲模板法构建了纳米结构和金属组成可双调控的NiCo-LDH自组装分级中空纳米多面体催化剂。电化学测试结合DFT理论计算,揭示了NiCo-LDH表面OER反应的速率控制步骤为“生成*OOH”,且空位位置的Co3+是优先的吸附和催化活性位点。在提高分级中空纳米多面体催化剂电化学活性比表面积(ECSA)的同时,又可以优化NiCo-LDH中Ni和Co的金属组成提升其本征催化活性,使NiCo-NP-7.50催化剂在314 m V的过电势下即可达到10m A cm-2的电流密度。利用NiO和NiCo2O4相转变温度的不同,通过在空气中两阶段煅烧微波辅助水热法合成的NiCo双金属氢氧化物前驱体,构筑了富含界面的多孔纳米级NiO/NiCo2O4异质结催化剂。其中,NiO的晶粒尺寸约为13 nm,表面Ni2+被部分氧化成高价态的Ni3+,且纳米级NiO均匀分布在NiCo2O4基质中。DFT理论计算表明异质结界面处由于发生电荷转移而显着增强了对OER反应中间体(OH-)的吸附能力。Ni3+的产生和异质结界面的构筑解决了大尺寸NiO对OER反应本征催化活性低和活性位点数目少的问题,二者协同提升了NiO/NiCo2O4异质结的OER催化活性,在10 m A cm-2电流密度时的过电势为264 m V,优于贵金属RuO2。针对金属氢氧化物和氧化物导电性差、催化剂筛选难度较大的问题,在深刻认识过渡金属d带中心与催化反应关系基础上,利用DFT理论计算首先预测了Fe掺杂Ni2P后使(NixFe1-x)2P表面的d带中心能级(Ed)升高,增强了对OER反应中间体的吸附能力。随后,根据DFT理论计算结果,通过磷化处理自发电化学腐蚀法直接生长在泡沫镍铁上的NiFe-LDH纳米片,制备了一系列不同Fe掺杂量的(NixFe1-x)2P纳米片。UPS价带谱结合表面功函数(φ)测试从实验角度证明Fe掺杂后,(NixFe1-x)2P的Ed提升,和DFT理论预测结果一致。DFT计算进一步证实了Ed提升促进了(NixFe1-x)2P表面对OER反应中间体(*OH,*O,*OOH)的吸附能力,降低了OER反应吉布斯自由能,(NixFe1-x)2P纳米片在10m A cm-2时的OER过电势只有166 m V,全分解水的电池电压也仅为1.56 V,优于贵金属和当前报道的大多数过渡金属基催化剂。然而,OER催化活性并没有随Ed的增加而单调提高,而是呈现出一种火山形的关系,最佳的Ed值为-1.56 e V。一个适当的Ed能级能够平衡(NixFe1-x)2P表面对OER反应中间体吸附-脱附能力。因此,通过调控d带中心来提升OER催化活性的思想,也为其它类型OER催化剂的设计合成提供了新的思路。
李红[6](2021)在《过渡金属物种修饰的碳材料的制备及其电催化性能的研究》文中进行了进一步梳理锌-空气电池(ZABs)因其原材料丰富、成本低廉、能量密度高等优点,被称为21世纪最具开发前景的绿色能源之一。然而,用于阴极处的氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)的贵金属纳米材料电催化剂,因成本高和耐久性低等缺点影响了 ZABs的商业应用。当前,研究者们普遍认为价格低廉、资源丰富的过渡金属负载杂原子掺杂碳纳米材料(M-N-C,M=Fe、Co、Ni、Cu等)是能够满足高效的氧电催化反应要求的候选双功能电催化剂。然而,目前报道的M-N-C催化剂的性能依然不能满足人们的使用需求。对于M-N-C催化剂,过渡金属物种的尺寸会影响其表面结合能。尺寸较大的纳米颗粒基(NP)催化剂的表面结合能很大,不利于反应产物的脱附,从而会影响活性位点的及时释放,导致电催化反应的周转效率下降。相反,尺寸很小的单原子(SA)催化剂表面对反应物的吸附能力又很弱,从而会增加活性位点吸附反应物过程中的势垒,导致电催化反应速率的下降。因此,为了最大程度地提高M-N-C催化剂的性能,应该使过渡金属物种具有适当的对反应物的吸附能力和对反应产物的脱附能力。最新研究发现,两个或两个以上过渡金属原子形成的过渡金属物种(尺寸小于5nm的多原子团簇)结合了 SA催化剂和NP催化剂的一系列优点(如,对反应物的吸附能力比其单原子强,而反应产物比纳米颗粒更容易脱附)。其次,多原子纳米团簇可以为ORR和OER等复杂的、动力学缓慢的多步电子转移反应途径提供足够的电子转移能力。最后,多原子纳米团簇中相邻原子和原子之间强烈的化学相互作用可以有效地稳定单个原子,防止其团聚,从而能保证活性位点的高稳定性。然而,目前只有极少的关于ORR活性和稳定性都很高的负载Fe纳米团簇的碳材料的报道。因此,制备尺寸在5nm以下的Fe纳米团簇负载杂原子掺杂多孔碳催化剂可以成为高活性、高耐久性的ORR电催化剂。此外,对于Fe-N-C催化剂,Fe元素具有较强的结合能。而Cu元素对反应物的吸附很弱。因此,Fe-Cu双金属合金纳米团簇催化剂应该能够使反应物的吸附和反应产物的脱附达到平衡,可以进一步提升Fe纳米团簇的ORR活性和稳定性。对于ZABs,要求需要同时具备很高的ORR和OER活性。在众多过渡金属中,Ni基催化剂的OER催化活性最高。然而,Ni-SACs对OER反应物的吸附能力过弱,会增加吸附过程中的势垒,降低OER反应速率。并且,Ni-SACs只有OER活性,而不具备ORR活性,无法满足ZABs所需要的双功能电催化剂。已报道Fe原子可以调节Ni原子的d带中心,使其对反应物的吸附和反应产物的脱附达到平衡。因此,基于Fe纳米团簇,制备出Fe-Ni合金纳米团簇负载的碳催化剂,应该能够同时具备优异的ORR和OER双功能催化活性和稳定性,这对于非贵金属催化剂在ZABs等的应用具有积极意义。基于以上问题,本文利用单宁酸(TA)和不同金属离子(Fe3+、Cu2+、Ni2+)之间的螯合作用以及金属离子与聚苯胺(PANI)链上的亚氨基官能团的络合作用,先制备了一系列新型过渡金属物种(Fe-单原子纳米团簇(Fe-SA-NC)、Fe-Cu合金纳米团簇(Fe-Cu ANC)和Fe-Ni合金纳米团簇(Fe-Ni ANC))修饰的三维N,S共掺杂多孔碳催化剂,然后测试了它们的ORR和OER催化活性和稳定性,最后测试以它们为空气阴极组装的锌-空气电池的性能。具体研究内容如下:首先,利用TA和Fe3+离子之间的强螯合作用以及Fe3+离子与PANI链上的亚氨基官能团的络合作用,成功制备了具有均匀分布的、密度高达5.6 wt%的Fe-SA-NCs的三维N,S共掺杂多孔碳催化剂(N,S共掺杂CPANI-TA-FeFe-SA-NC催化剂)。相对于Fe-SA催化剂来说,活性位点Fe-SA-NCs由多个N4-Fe-O2-Fe-N4部分组成。N,S共掺杂CPANI-TA-FeFe-SA-NC催化剂在碱性溶液中表现出极高的ORR 反应活性(E1/2=0.923 V,Eonset=1.09 V,在 0.9 V 处的 Jk=12 mA cm-2)、甲醇耐受性和长期稳定性。此外,以N,S共掺杂CPANI-TA-FeFe-SA-NC催化剂为空气阴极组装的锌-空气电池表现出了极高的性能,可以很好地代替现有的贵金属催化剂(如商业Pt/C催化剂)。其次,借助TA和Fe3+、C u2+离子之间的强螯合作用以及Fe3+、Cu2+离子与PANI链上的亚氨基官能团的络合作用,制备了具有均匀分布的、高密度Fe-Cu ANCs的N,S共掺杂多孔碳催化剂(Fe-Cu ANC@NSC)。其中,Fe-Cu ANCs由多个N4-Fe-Ox-Cu-N4部分组成。由于具有N4-Fe-Ox-Cu-N4配位结构以及Fe和Cu元素之间存在的协同作用,得到的Fe-Cu ANC@NSC催化剂表现出了更加优异的ORR催化活性,活性远高于商业Pt/C催化剂,半波电位为(0.951 V vs Pt/C为 0.89 V),起始电位为(1.1 V vs Pt/C 为 0.98 V),0.9 V 处的 Jk=38.4 mA cm-2(vs Pt/C为5.9 mA cm-2)。此外,Fe-Cu ANC@NSC催化剂还表现出了比Fe-SA-NC催化剂和商业Pt/C催化剂更好的稳定性。最后,基于TA和Fe3+、Ni2+离子之间的螯合作用差异以及Fe3+、Ni2+离子与PANI链上的亚氨基官能团相似的络合作用,制备了负载高密度Fe-Ni ANCs的N,S共掺杂多孔碳气凝胶(称为Fe-Ni ANC@NSCA催化剂)。当TA:Fe:Ni的摩尔比为1:2:5时得到的活性位点Fe-Ni ANCs具有N4-Fe-Ox-Ni-N4配位结构。由于尺寸的增大以及多个原子组成,Fe-Ni ANC@NSCA催化剂可以同时具有SA催化剂和NP催化剂的一系列优点。得到的Fe-Ni ANC@NSCA催化剂在10 mAcm-2的电流密度下表现出超低的OER过电位(ηj=10=260 mV vs.RHE),同时还具有很高的ORR半波电位(E1/2=0.891 V vs.RHE),优于商业的RuO2和Pt/C催化剂。此外,以Fe-Ni ANC@NSCA催化剂为空气阴极组装的锌-空气电池也表现出了卓越的性能和极高的稳定性。综上所述,本工作中成功制得了一系列尺寸均小于3 nm的过渡金属物种(Fe-SA-NC、Fe-Cu ANC和Fe-Ni ANC)修饰的N,S共掺杂多孔碳催化剂,并探究了其ORR和OER催化活性,将其作为空气阴极组装到了锌-空气电池中,表现出了出色的性能和持久的循环寿命。
付先彪[7](2021)在《催化绿色转化小分子至高价值化工品的研究》文中研究指明在化石资源枯竭和环境恶化的双重压力之下,近年来,不依赖化石资源(如石油)来制备高附加值化学品成为了前沿研究的聚焦点之一。目前分布式能源(如汽车)和基础化工品的生产严重依赖化石资源,化石资源的逐渐枯竭给它们带来了严峻的挑战。氢能是最有可能代替化石资源的分布式新能源,但是氢能体系不能为基础化工品的生产提供所需的原料。因此本论文提出了利用可再生能源电力将CO2、CO(CO2衍生得到的)、NO3-和H2O等小分子通过电催化化学升级制备高附加值化工产品(如乙烯、乙醇、乙酸和氨等)的替代途径。但是目前结构明确的模型催化剂的缺失导致不能获得清晰的构效关系来指导这类反应的高性能催化剂开发,因此本论文旨在设计具有结构明确的模型催化剂用于电催化绿色转化小分子至高价值化工品反应的构效关系研究,深入理解催化过程和性能调控机制,为设计、开发和优化高性能催化剂提供新思路和指导。本论文发展了配位数调控法、超分子自组装热解法和界面限域还原法等多种合成方法用于宏量可控地制备模型催化剂材料,借助分压实验、同位素标记实验、原位波谱和理论计算等手段探究催化过程及反应机制,从微观尺度上揭示催化剂的构效关系。本论文的主要研究内容如下:1.目前只有铜基催化剂可将CO/CO2(即,单碳)升级至高价值的C2+(即,多碳)产物,因此铜基催化剂受到了最广泛的关注。但是铜基催化剂在CO/CO2催化中构效关系并未完全建立,主要是因为在纳米尺度缺失高质量Cu(111)模型催化剂材料,针对此难题,作者首次采用配位数调控法可控制备出了5 nm厚的选择性暴露{111}晶面的铜纳米片,创纪录地实现了高达48%的乙酸选择性,乙酸分电流密度高达131 mA cm-2。该研究不仅使CO高选择性和高效地电还原为有价值的化学品迈上了新台阶,而且作为模型催化剂为CO电还原制多碳产物的机理研究提供了更深入的认识。2.为了探究单位点铜催化剂是否可电催化CO转化为多碳产物,利用超分子自组装热解法制备了单位点铜催化剂Cu-N-C,在CO电还原中实现了接近100%的多碳产物选择性,其中乙酸的选择性为30%,实验表明在单位点铜催化剂上形成的多碳产物可能是CO插入(insertion)机理。3.铜氧化物衍生的铜催化剂可产生较多晶界,有利于增强CO吸附,提升催化性能。基于此,合成了规整的Cu3N(100)纳米立方体,探究铜氮化物衍生的铜催化剂是否会具有催化特殊性,原位STEM电化学还原实验表明Cu3N衍生的Cu选择性暴露更多的(100)晶面及产生了表面缺陷,这为其在CO电还原中实现了36%的乙酸选择性提供了解释。4.为了宏量可控制备Bi模型催化剂,克服其他制备方法不可控、还原不彻底和难宏量制备等问题,作者首次提出了界面限域还原法实现了Bi(001)模型催化剂的宏量制备,得益于选择性暴露的(001)晶面和大量小角晶界,在CO2电还原中实现了95%的甲酸选择性,甲酸分电流密度可达72 mA/cm2。5.为了绿色可持续的电化学合成氨,作者提出了电还原硝酸根合成氨的路径,用Cu纳米片和纳米立方体模型催化剂用于电还原硝酸根,发现在碱性电解液中是结构敏感性反应;在Cu纳米片上的氨选择性接近100%,产氨率高达390.1μg mg-1Cu h-1。该研究为氮循环的闭合和电化学合成氨提供了新途径。
张伟[8](2021)在《电化学还原反应中催化剂构效关系的原位同步辐射研究》文中研究表明随着工业社会的迅速发展和人类对化石燃料的依赖,导致的能源短缺和大气中的二氧化碳含量急剧上升,进而引发了严重的能源问题和环境污染等问题。基于此,实施以可再生的电能驱动的电化学还原反应用于二氧化碳还原(CO2RR)和水分解制氢(HER)技术来生产含碳燃料和商业化氢能源,对于推动新的绿色经济的过渡是非常可取的。同时,这一策略利用无毒、丰富和廉价的温室气体和水来生产各种有机产物和氢能源,减轻了原料、安全和环保方面的限制。其中,推动其商业化发展的关键之处就在于高效、稳定电还原催化剂的研发和应用。基于此,发展原位表征技术来研究催化剂在电化学还原过程中的结构和电子态变化,并进一步揭示其反应机理和构效关系对开发新型CO2RR和HER催化剂至关重要!因此,本论文设计合成了多种性能优异的CO2RR和HER催化剂,并依托国内同步辐射大装置(北京、上海、合肥和台湾同步辐射)发展原位同步辐射X射线吸收精细结构谱(XAFS)和傅里叶变换-红外光谱(FT-IR)实验方法,实现了对催化剂在真实反应条件下结构、电子态和吸脱附中间体的原位检测,揭示了其结构与活性和选择性的内在联系,对进一步开发高效电化学还原催化剂和利用原位表征技术提供了坚实的理论和实验基础。本论文主要包括以下研究内容:1.原位同步辐射技术揭示单原子锡稳定Cu+组分在电催化二氧化碳还原反应中的稳定机制和催化机理通过溶剂热法和湿化学法两步过程,制备出了表面单原子锡修饰的氧化亚铜纳米片(Sn/Cu2ONS)电还原CO2RR催化剂,实现了电催化CO2转换为CO的高活性和选择性。利用快速透射模式原位XAFS测试和进一步的主元分析(PCA)结果,观测到了反应中关键的Cu+中间体,并证明了反应过程中活性Cu+的稳定存在,为铜基催化剂在CO2RR中Cu+的存在提供了直接的原位证据。同时结合原位SRFT-IR光谱和理论计算研究了单原子锡修饰Cu2O纳米片稳定表面Cu+和次表面O的机理,揭示了二氧化碳还原反应中间体的吸脱附和活化过程,为设计和优化具备高稳定性和活性的铜基催化剂提供了新的途径和实验基础。2.配位不饱和的Ni单原子催化剂在电催化二氧化碳还原过程中结构和性能关系的原位同步辐射研究利用湿化学法在N-C载体上成功制备出了分散均匀、结构明确的单原子Ni负载的金属有机物骨架(MOF)催化剂(Ni/N-C)。形貌和结构表征发现负载的单原子Ni形成不饱和的Ni-N3活性中心。电催化CO2RR测试结果表明,合成的配位不饱和Ni/N-C催化剂具有93.8%的FECO,且在100 mA/cm2的大电流下FEco仍在90%以上。进一步的原位XAFS测试发现配位不饱和的Ni-N3活性位点中的Ni具有更低的价态,从而具有更强的还原性。结合原位FT-IR结果分析,不饱和的Ni-N3活性中心对CO的反应中间体具有更强的吸附和活化能力,进而增强了CO产物的选择性和促进了反应活性,为配位调控单原子的活性和选择性提供了理论和实验基础。3.原位同步辐射技术揭示Co-WSe2纳米片在电催化析氢过程中Se活性中心的动态结构演变采用元素掺杂策略,通过一步水热法在二硒化钨纳米片中引入了 Co单原子(Co-WSe2 NS),并以此催化剂为模型通过原位XAFS来研究Co原子的掺杂效应。静态结果表明Co原子的掺杂增强了基底的导电性和电子传输能力,从而提升了 Co-WSe2NS的催化性能。进一步的原位同步辐射XAFS测试发现,合成的Co-WSe2 NS中的Se活性中心在HER反应中发生了动态可逆的结构演变。同时DFT计算验证了结构演变的合理性,并发现自发的结构演变优化了 Se活性位点的电子结构和对H+的活化能,进而导致了催化活性的提升,为理解和使用元素掺杂对基底性能的调控提供了新的认识。
李灿[9](2020)在《光化学合成原子级和纳米级铂基催化剂的电催化性能研究》文中指出当前世界各国必须面对与日俱增的能源需求以及日益恶化的环境问题所带来的严峻挑战,作为化石能源最有希望的替代者之一,质子交换膜燃料电池(PEMFC)的发展近年来备受关注。目前,铂及铂基合金是PEMFC中研究较为广泛且具有商业化潜力的电催化剂,但其居高不下的成本制约了燃料电池技术的进一步普及与推广。因此,开发出高活性、高稳定性兼具低成本的新型电催化剂是实现燃料电池技术大规模应用的关键环节。本论文从铂基电催化剂尺寸的调控以及金属载体相互作用的利用等角度出发,借助光化学合成策略,分别在碳包覆的钛氧化物和贵金属表面得到纳米级、亚纳米或原子级的铂基电催化剂,在甲醇电氧化反应、甲酸电氧化反应和电解水制氢反应过程中进行了相应的电化学性能测试,并对铂基电催化剂的微观结构与电化学性能之间的关系进行了相关研究与分析。通过光化学合成的策略,将铂纳米颗粒均匀地负载在超薄碳层包覆的二氧化钛纳米棒(TNR@GC)表面,制备了具有“三明治”结构(铂纳米颗粒-超薄碳层-二氧化钛纳米棒)的电催化剂p-Pt/TNR@GC。研究发现所包覆的超薄碳层不仅改善了二氧化钛载体的导电性,同时有利于光还原合成的铂纳米颗粒更加均匀地分布于TNR@GC表面。所得p-Pt/TNR@GC电催化剂对甲醇电氧化反应具有优异的催化活性,正扫过程中峰电流密度达1.12 A·mgPt-1,其活性是商业Pt/C材料(0.38 A·mg-1Pt)的三倍;同时,由于二氧化钛纳米棒与铂纳米颗粒之间存在的金属-载体相互作用,增强了电催化剂抗一氧化碳中毒的能力,从而提高了甲醇电氧化反应的稳定性。随后,将此绿色合成策略成功地拓展,制备出多种贵金属元素的纳米颗粒。通过在光化学合成反应中使用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为关键添加剂制备了单原子催化剂Pt-PVP/TNR@GC,借助双球差校正电镜和X射线近边吸收光谱证明了铂的原子级单分散结构。研究了酰胺基团(N-C=O)与铂原子间通过Pt-O键形成的配位结构,结果表明产生的供电子效应改变了铂原子表面的电子状态。相应电化学测试结果证明该电催化剂具有优越的电解水析氢活性和稳定性:电流密度为10 mA·cm-2时析氢过电位仅为21 mV(vs.RHE),在酸性电解液环境中以-0.021 V(vs.RHE)恒电位测试44小时后电流几乎没有衰减。密度泛函理论计算和N的K边X射线近边吸收光谱均表明,对于该Pt-PVP/TNR@GC电催化剂,在其TNR@GC碳层表面,2个PVP分子中的酰胺基团通过Pt-O键与一个铂原子配位导致其具备高效的电解水析氢性能。对光化学合成载体材料这一策略进行了进一步的拓展,利用紫外光将金表面的电子激发出来,使其还原吸附在表层的铂离子,从而实现金纳米颗粒表面亚纳米尺寸铂的修饰,得到Pt-SN/AuNP电催化剂。该电催化剂表面具有可对铂高效利用的铂金合金结构,使得甲酸电氧化反应只通过直接途径进行,故表现出优异的甲酸电氧化活性与稳定性,其正扫氧化峰电流密度高达19.83 A·mgPt-1,是商业Pt/C(0.33 A·mgPt-1)的60倍。
罗培[10](2020)在《过渡金属钴/镍基新型材料的调控制备、复合改性及催化性能的研究》文中认为能源的可持续性与生态环境问题构成了当今全球日益严峻危机,严重制约着人类社会的和谐与发展。开发绿色、清洁、高效、可再生的新能源是社会发展的必然需求。这些新能源技术包括电解水制氢、燃料电池以及金属-空气电池等,尤其是电解水制氢技术。但在电解水制氢技术中阳极发生的氧析出反应(OER)是技术转化的瓶颈。贵金属基材料具有良好的电催化性能,其中Ru O2是OER商业化的催化剂被大量的使用。但是贵金属的地表含量稀少,且价格昂贵,易中毒失活,是行业发展的主要制约因素。因此,针对这一技术瓶颈,本论文通过以下手段加以解决:(i)选择地表含量丰富,且廉价的过渡金属(钴和镍)作为基础,合成新型金属有机框架(MOFs)催化剂材料;(ii)通过对MOFs材料维度的改变以及基底的修饰与改性,提升MOFs材料的催化性能与稳定性;(iii)在解析OER机理中,发现MOFs中的金属离子是活性中心,易结合氧位,进而构建了MOFs@CS/O3的复合催化体系,应用于污染物的降解与焦化废水处理工艺中的预处理和深度处理系统。具体研究内容包括以下几个方面:(1)选择过渡金属(钴、镍)作为金属离子中心,以1,2,4,5-苯四甲酸做有机配体,通过水热法合成了一系列的三维柱状有机金属框架材料。3D-Co/NiMOFs在0.1 M KOH溶液中可以作为高效和稳定的OER催化剂,其中η10为377 m V,ζ=110.5 m V dec-1。3D-Co/NiMOFs在泡沫铁上能够原位合成且均匀分布,无需粘合剂的加入,且泡沫材料的多孔性利于气体的脱附,因此与导电基底材料的复合能够进一步提升性能。与单金属相比,3D-Co/NiMOFs@Fe的OER活性(η10=264 m V,ζ=54.3 m Vdec-1)显着的增强,且有良好的稳定性。通过XPS分析,Co/Ni双金属掺杂后,在双金属MOFs中Co/Ni的结合能向更高地方向移动,其中Co 2p3/2增值为0.4 e V,Ni2p3/2的增值为0.3 e V。双金属掺杂后电子的协同效应能够改善MOFs材料的OER性能。在MOFs材料中,通过对金属活性中心的改造,增加金属离子种类,以及导电基底材料的原位复合,来提升材料的性能。(2)选择1,4,5,8-萘四甲酸作为有机配体,首次通过低温水热法合成了三斜晶系的[Ni2(NTC)(H2O)8]·4H2O晶体,并用X-射线单晶衍射仪对其晶体结构进行解析。在低温下结合超声剥离技术成功制备了具有配位不饱和金属位点的超薄纳米片(2D-MOFs),其中2D-Co MOFs,2D-NiMOFs,2D-Co/NiMOFs的厚度分别为3.45 nm,8.84 nm,5.26nm。在0.1 M KOH溶液中,2D-Co/NiMOFs的OER催化性能(η10=317 m V,ζ=59.44m Vdec-1)高于3D-Co/NiMOFs,同时也优于单金属的超薄纳米片。在合成高效的催化剂中异原子掺杂与制备超薄纳米片是提升MOFs作为OER催化剂的一种行之有效的策略。(3)在惰性(Ar)气氛下高温煅烧金属有机框架材料(3D-MOFs)将其转化为碳纳米结构的复合材料。对3D-Co/NiMOFs进行了原位异元素(碳、氮、氧、磷、硫、以及硒)的掺杂,其中经过高温碳化后形成的碳基材料,仍然能够保持3D-Co/NiMOFs的原始形貌(三维柱状),同时材料的导电性能得以提升,其中硒化和磷化的材料分别具有优异的OER性能(η10=238 m V,ζ=109.2 m Vdec-1)和HER性能(η10=194 m V,ζ=58.3m Vdec-1),具有双功能性。进一步将3D-Co/NiMOFs@Se和3D-Co/NiMOFs@P组装成电解池用作水的整体分解,表现出优异的电催化分解水活性(η10=1.59 V),且能稳定运行。通过调控MOFs衍生碳基材料表面的电荷分布的策略,提升材料的性能。(4)利用葡萄糖制备绿色无毒的碳基球状材料作为基底,对3D-Co/NiMOFs进行原位包裹/封装得到3D-Co/NiMOFs@CS复合材料,其比表面积为100.6 m2/g。在多种表征技术的辅助下,探究了3D-Co/NiMOFs@CS复合材料作为催化臭氧氧化的性能,以左氧氟氟沙星、焦化废水原水、以及经过OHO生物工艺出水为研究对象。(i)解析左氧氟沙星在3D-Co/NiMOFs@CS/O3体系的3种降解路径,由于在3D-Co/NiMOFs中金属活性中心是氧结合位,能够促进臭氧产生多种自由基(O2-·,1O2和·OH),并分析左氧氟沙星中氮元素的转化规律。(ii)基于残余COD和总氮(TN)是水处理技术的约束条件,同时结合实际焦化废水处理工程现场工作的经验。将3D-Co/NiMOFs@CS/O3体系应用于焦化废水工程;初步探讨了3D-Co/NiMOFs@CS/O3体系在焦化废水的预处理系统和深度处理系统中COD的去除效果和氮元素迁移与转化规律。总之,本文系统的研究了新型Co/Ni催化剂材料(Co/Ni-MOFs),通过对材料的结构、形貌以及组成,进行了定性与定量的调控,实现了催化剂电催化性能的提升;另一方面,实现了富含氧结合位的MOFs材料与高级氧化技术的结合,在实际焦化废水处理工程中的初探。为MOFs材料的实际应用提供了实验依据与理论参考。
二、Surface alloy/GC电催化剂的制备与结构表征(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Surface alloy/GC电催化剂的制备与结构表征(论文提纲范文)
(1)自支撑电极材料的电子结构及其电化学性能研究(论文提纲范文)
学位论文数据集 |
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 电解水制氢 |
1.2.1 电解水基本原理 |
1.2.2 HER电催化剂的研究进展 |
1.2.2.1 贵金属基HER催化剂 |
1.2.2.2 非贵过渡金属基HER催化剂 |
1.2.3 OER电催化剂的研究进展 |
1.2.3.1 贵金属基OER催化剂 |
1.2.3.2 非贵过渡金属基OER催化剂 |
1.3 水滑石材料在电解水中的应用 |
1.3.1 水滑石材料的基本结构 |
1.3.2 水滑石基电催化剂设计策略 |
1.3.2.1 本征活性的提高 |
1.3.2.2 活性位点数量的增加 |
1.4 锂离子电池 |
1.4.1 锂离子电池基本原理 |
1.4.2 锂离子电池负极材料 |
1.4.2.1 嵌入型锂电负极材料 |
1.4.2.2 合金化锂电负极材料 |
1.4.2.3 转化型锂电负极材料 |
1.5 多酸在电化学储能领域的应用 |
1.5.1 多酸的基本结构 |
1.5.2 多酸基储能材料的设计策略 |
1.6 电化学沉积法制备电极材料 |
1.6.1 电沉积具体方法 |
1.6.2 电沉积法制备电解水电极材料 |
1.6.3 电沉积法制备锂离子电池电极材料 |
1.7 本论文选题依据和主要内容 |
第二章 LDH-Co_3O_4/NF复合材料的分级结构和电子结构设计及其电解水性能研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 实验药品 |
2.2.2 材料表征 |
2.2.3 材料合成 |
2.2.4 电化学性能测试 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 LDH-Co_3O_4/NF复合材料的基本结构表征 |
2.3.2 LDH-Co_3O_4/NF复合材料的电催化析氧和析氢反应研究 |
2.4 小结 |
第三章 三元水滑石中Co的电子结构调控及其对电催化OER性能的影响 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 实验药品 |
3.2.2 材料表征 |
3.2.3 材料合成 |
3.2.4 电极材料的制备 |
3.2.5 电催化OER反应测试 |
3.2.6 自旋极化密度泛函理论计算 |
3.2.6.1 计算模型 |
3.2.6.2 计算方法 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 三元水滑石Ni(Co_(0.5)Fe_(0.5))LDHs的基本结构研究 |
3.3.2 三元水滑石Ni(Co_(0.5)Fe_(0.5))LDHs的精细结构表征 |
3.3.3 三元水滑石Ni(Co_(0.5)Fe_(0.5))LDHs的电催化OER反应研究 |
3.3.4 不同Co/Fe比例的Ni(Co_(1-x)Fe_x)/NF电催化OER反应研究 |
3.3.5 不同Co/Fe比例的 Ni(Co_(1-x)Fe_x)/NF对 OER催化的 DFT计算 |
3.4 小结 |
第四章 自支撑多酸基复合材料的构筑及其锂电负极性能的研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 实验药品 |
4.2.2 材料表征 |
4.2.3 材料合成 |
4.2.4 锂离子电池负极电极片的制备 |
4.2.5 锂离子电池组装及电化学性能测试 |
4.2.6 自旋极化密度泛函理论计算 |
4.2.6.1 计算模型 |
4.2.6.2 计算方法 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 自支撑PANi-PMo_(12)/CC复合材料的基本结构表征 |
4.3.2 自支撑PANi-PMo_(12)/CC复合材料的电子结构研究 |
4.3.3 PANi-PMo_(12)/CC的锂电负极性能研究 |
4.3.4 PANi-PMo_(12)/CC相互作用以及锂离子吸附的DFT计算 |
4.3.5 PANi-PMo_(12-x)V_x/CC复合材料的构筑及锂电负极性能研究 |
4.4 小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
论文创新点 |
参考文献 |
致谢 |
发表论文及研究成果 |
导师简介 |
作者简介 |
附件 |
(2)过渡金属硫化物/纳米碳界面结构设计及电解水催化特性调控(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 电解水催化原理 |
1.2.1 HER催化原理 |
1.2.2 OER催化原理 |
1.2.3 双功能催化原理 |
1.3 过渡金属硫化物研究进展 |
1.3.1 过渡金属硫化物结构特性 |
1.3.2 过渡金属硫化物电解水催化机理 |
1.3.3 过渡金属硫化物纳米结构合成方法 |
1.4 Ni_3S_2/纳米碳界面材料研究进展 |
1.4.1 Ni_3S_2/纳米碳界面材料制备进展 |
1.4.2 Ni_3S_2/纳米碳界面材料电化学应用进展 |
1.4.3 Ni_3S_2/纳米碳界面材料的先进设计策略 |
1.5 本论文的研究目的、内容和创新点 |
1.5.1 本论文主要研究目的 |
1.5.2 本论文主要研究内容 |
1.5.3 本论文的独创或新颖之处 |
参考文献 |
第二章 实验与表征 |
2.1 实验材料与试剂 |
2.2 实验仪器与设备 |
2.3 实验与表征 |
2.3.1 物相表征 |
2.3.2 电化学测试 |
2.3.3 理论计算 |
第三章 泡沫镍支撑硫化镍多相界面结构设计及电解水催化特性调控 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 试剂以及前驱体准备 |
3.2.2 Ni S/Ni S_2独立电极制备 |
3.2.3 Ni_3S_2独立电极制备 |
3.2.4 结构表征方法 |
3.2.5 电化学测量 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 结构表征 |
3.3.2 电化学测量 |
3.4 本章小结 |
参考文献 |
第四章 Ni_3S_2纳米颗粒@三维石墨烯纳米片自支撑电极设计及电解水催化特性研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验 |
4.2.1 材料 |
4.2.2 合成材料 |
4.2.3 材料表征 |
4.2.4 电化学测量 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 结构表征 |
4.3.2 电化学性能 |
4.4 本章小结 |
参考文献 |
第五章 Ni_3S_2纳米线@氮掺杂石墨烯纳米管自支撑电极设计及电解水催化特性研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验 |
5.2.1 样品制备 |
5.2.2 结构表征 |
5.2.3 电化学测量 |
5.2.4 第一原理计算 |
5.3 结果与讨论 |
5.4 本章小结 |
参考文献 |
第六章 氮掺杂Ni_3S_2纳米立方体@氮掺杂石墨烯自支撑电极设计及电解水催化特性研究 |
6.1 引言 |
6.2 实验 |
6.2.1 试剂以及前驱体准备 |
6.2.2 N-Ni_3S_2@NG独立电极制备 |
6.2.3 结构表征方法 |
6.2.4 电化学测量 |
6.3 结果与讨论 |
6.3.1 结构表征 |
6.3.2 电化学分析 |
6.4 本章小结 |
参考文献 |
第七章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
致谢 |
获奖(项目)情况以及研究成果 |
(3)钴基纳米催化材料的控制合成、缺陷调控及电催化性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 电催化反应机理 |
1.2.1 氧还原反应机理 |
1.2.2 析氧反应机理 |
1.3 氧还原/析氧反应性能的评判依据 |
1.3.1 起始电位 |
1.3.2 电流密度 |
1.3.3 过电位 |
1.3.4 塔菲尔斜率 |
1.3.5 双电层电容(Cdl) |
1.3.6 电化学活性表面积(ECSA) |
1.3.7 电化学阻抗谱 |
1.3.8 电化学稳定性测试 |
1.3.9 法拉第效率 |
1.3.10 过氧化氢产率及转移电子数 |
1.3.11 电势差 |
1.4 锌-空气电池 |
1.5 双功能催化剂的主要分类及研究现状 |
1.5.1 过渡金属氧化物、氢氧化物及硫化物 |
1.5.2 过渡金属/碳材料 |
1.5.3 钙钛矿氧化物 |
1.6 钴基金属催化剂的性能及其研究现状 |
1.6.1 钴基金属催化剂的特点及其研究现状 |
1.6.2 钴基金属催化剂的常用制备方法 |
1.7 论文的主要研究内容及选题意义 |
参考文献 |
第二章 实验部分 |
2.1 实验试剂 |
2.2 实验仪器 |
2.3 样品表征及电化学测试 |
2.3.1 X射线衍射分析(XRD) |
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM) |
2.3.3 透射电子显微镜(TEM) |
2.3.4 X射线光电子能谱(XPS) |
2.3.5 电子顺磁共振(EPR) |
2.3.6 拉曼光谱(Raman) |
2.3.7 X射线吸收精细结构谱(XAFS) |
2.4 电化学性能测试 |
2.4.1 电极的选择与制备 |
2.4.2 电化学性能测试 |
2.5 锌-空气电池性能测试 |
第三章 富含C/O双空位缺陷的CoFe@Fe_3N-CNT催化材料的界面电子结构调控及其电催化性能研究 |
3.1 前言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 CoFe_2O_4 的合成 |
3.2.2 CoFe-CoFe_2O_4 的合成 |
3.2.3 CoFe@Fe_3N-CNT的合成 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 CoFe@Fe_3N-CNT催化剂晶相结构与形貌分析 |
3.3.2 CoFe@Fe_3N-CNT催化剂的结构表征 |
3.3.3 CoFe@Fe_3N-CNT催化剂电催化性能研究 |
3.3.4 析出合金含量对催化剂晶相结构、形貌及电催化性能的影响 |
3.3.5 CoFe@Fe_3N-CNT催化剂锌-空气电池性能评价 |
3.3.6 密度泛函理论计算 |
3.4 本章小结 |
参考文献 |
第四章 富含硫空位的Co@Co_(1-X)S-CNTs异质结的构筑及其电催化性能研究 |
4.1 前言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 碳布预处理 |
4.2.2 Co(OH)F/CC的合成 |
4.2.3 Co@NCNT的合成 |
4.2.4 Co@Co1-XS-NCNT的合成 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 Co@Co_(1-X)S-NCNT电催化剂晶体结构与形貌分析 |
4.3.2 Co@Co_(1-X)S-NCNT催化剂的结构表征 |
4.3.3 Co@Co_(1-X)S-NCNT电催化性能研究 |
4.3.4 Co@Co_(1-X)S-NCNT电催化剂锌-空气电池性能评价 |
4.4 本章小结 |
参考文献 |
第五章 表面浸出效应与氧空位协同提升SrCo_(0.75)Ru_(0.25)O_(3-δ)OER电催化性能 |
5.1 前言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 SrCoO_(2.52) 的合成 |
5.2.2 Ru_(0.25)-SrCoO_(3-δ)的合成 |
5.2.3 SrCo_(0.75)Ru_(0.25)O_(3-δ)的合成 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 Ru_(0.25)-SrCoO_(2.52)电催化剂晶体结构与形貌分析 |
5.3.2 Ru_(0.25)-SrCoO_(2.52)电催化剂的结构表征 |
5.3.3 Ru_(0.25)-SrCoO_(2.52)电催化剂电催化性能研究 |
5.4 本章小结 |
参考文献 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
攻读硕士学位期间的学术论文 |
致谢 |
(4)苯基膦酸类金属配合物及复合材料的合成与催化性能研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
序言 |
1 引言 |
1.1 配位聚合物 |
1.1.1 概述 |
1.1.2 配位聚合物的应用 |
1.2 膦酸类配位聚合物 |
1.3 TiO_2及其改性材料 |
1.3.1 TiO_2光催化剂 |
1.3.2 TiO_2光催化性能提高方法 |
1.4 氢能 |
1.4.1 概述 |
1.4.2 氢能的应用 |
1.4.3 氢能的来源 |
1.4.4 氢能的制备 |
1.5 研究目的、内容和撰写思路 |
2 实验部分 |
2.1 实验药品与仪器 |
2.1.1 实验药品 |
2.1.2 实验仪器 |
2.2 样品制备 |
2.2.1 苯基膦酸金属配合物的制备 |
2.2.2 二苯基膦酸金属配合物的制备 |
2.2.3 二苯基膦酸金属配合物/TiO_2复合材料的制备 |
2.3 样品表征方法 |
2.3.1 样品的物相、形貌与结构分析 |
2.3.2 样品表面元素组成表征 |
2.4 样品光学性质表征 |
2.4.1 紫外-可见吸收光谱法 |
2.4.2 荧光发射光谱法 |
2.5 其他测试表征 |
2.5.1 热行为分析 |
2.5.2 红外吸收光谱分析 |
2.5.3 元素分析 |
2.6 光催化性能测试 |
2.6.1 光催化裂解水产氢 |
2.6.2 光催化氧化乙醇产氢 |
3 苯基膦酸金属配合物的表征及光催化性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 LaPPA的表征及光催化性能研究 |
3.2.1 结构表征与元素分析 |
3.2.2 光学性质表征 |
3.2.3 热行为分析 |
3.2.4 光催化性能研究 |
3.2.5 光催化机理分析 |
3.3 CePPA、NdPPA的表征及光催化性能研究 |
3.3.1 结构表征与元素分析 |
3.3.2 光学性质表征 |
3.3.3 热行为分析 |
3.3.4 光催化性能研究 |
3.3.5 光催化机理分析 |
3.4 本章小结 |
4 二苯基膦酸金属配合物的表征及光催化性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 CoDPPA的表征及光催化性能研究 |
4.2.1 结构表征与元素分析 |
4.2.2 光学性质表征 |
4.2.3 热行为分析 |
4.2.4 光催化性能研究 |
4.2.5 光催化机理分析 |
4.3 MDPPA(M=Ni、Cu、Zn)的表征及光催化性能研究 |
4.3.1 结构表征与元素分析 |
4.3.2 光学性质表征 |
4.3.3 热行为分析 |
4.3.4 光催化性能研究 |
4.3.5 光催化机理分析 |
4.4 LaDPPA的表征及光催化性能研究 |
4.4.1 结构表征与元素分析 |
4.4.2 光学性质表征 |
4.4.3 热行为分析 |
4.4.4 光催化性能研究 |
4.4.5 光催化机理分析 |
4.5 CeDPPA、NdDPPA的表征及光催化性能研究 |
4.5.1 结构表征与元素分析 |
4.5.2 光学性质表征 |
4.5.3 热行为分析 |
4.5.4 光催化性能研究 |
4.5.5 光催化机理分析 |
4.6 本章小结 |
5 二苯基膦酸金属配合物复合材料的表征及光催化性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 CoDPPA/TiO_2的表征及光催化性能研究 |
5.2.1 结构表征与元素分析 |
5.2.2 光学性质与激子分离效率表征 |
5.2.3 热行为分析 |
5.2.4 光催化性能研究 |
5.2.5 光催化机理分析 |
5.3 NiDPPA/TiO_2、CuDPPA/TiO_2的表征及光催化性能研究 |
5.3.1 结构表征与元素分析 |
5.3.2 光学性质与激子分离效率表征 |
5.3.3 热行为分析 |
5.3.4 光催化性能测试 |
5.3.5 光催化机理分析 |
5.4 LaDPPA/TiO_2的表征及光催化性能研究 |
5.4.1 结构表征与元素分析 |
5.4.2 光学性质与激子分离效率表征 |
5.4.3 热行为分析 |
5.4.4 光催化性能研究 |
5.4.5 光催化机理分析 |
5.5 CeDPPA/TiO_2、NdDPPA/TiO_2的表征及光催化性能研究 |
5.5.1 结构表征与元素分析 |
5.5.2 光学性质与激子分离效率表征 |
5.5.3 热行为分析 |
5.5.4 光催化性能研究 |
5.5.5 光催化机理分析 |
5.6 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 展望 |
6.3 实验参数汇总表 |
参考文献 |
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
(5)镍基双金属析氧电催化剂的设计合成及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究目的与意义 |
1.2 电催化析氧反应 |
1.2.1 电催化析氧反应机理 |
1.2.2 电催化析氧反应评价参数 |
1.3 贵金属催化剂 |
1.4 锰、铁、钴基催化剂 |
1.4.1 锰基催化剂 |
1.4.2 铁基催化剂 |
1.4.3 钴基催化剂 |
1.5 镍基催化剂 |
1.5.1 镍基氧化物 |
1.5.2 镍基氢氧化物 |
1.5.3 镍基层状双金属氢氧化物 |
1.5.4 镍基磷化物 |
1.5.5 镍基硒化物 |
1.6 本文的主要研究内容 |
第2章 实验材料及方法 |
2.1 主要原料及试剂 |
2.2 实验仪器 |
2.3 材料表征方法 |
2.3.1 形貌表征 |
2.3.2 结构表征 |
2.4 电化学性能测试 |
2.4.1 电化学测试体系 |
2.4.2 玻碳工作电极制备 |
2.4.3 线性扫描伏安法 |
2.4.4 计时电位法 |
2.4.5 电化学阻抗谱 |
2.4.6 电化学活性比表面积 |
2.4.7 活化能测试 |
2.5 理论计算 |
第3章 NiCo-LDH分级中空纳米多面体的构建及析氧性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 NiCo-LDH分级中空纳米多面体的制备及形成机理 |
3.2.1 Co_5(OH)_2(CH_3COO)_8·2H_2O纳米多面体的制备 |
3.2.2 NiCo-LDH分级中空纳米多面体的制备 |
3.2.3 块体NiCo-LDH的制备 |
3.2.4 NiCo-LDH分级中空纳米多面体的形成机理 |
3.3 NiCo-LDH分级中空纳米多面体的形貌和结构表征 |
3.4 NiCo-LDH分级中空纳米多面体的电化学性能 |
3.4.1 NiCo-LDH分级中空纳米多面体的电催化析氧性能 |
3.4.2 NiCo-LDH分级中空纳米多面体的析氧性能提升机理 |
3.4.3 NiCo-LDH的电催化析氧反应机理 |
3.4.4 NiCo-LDH分级中空纳米多面体的析氧反应稳定性 |
3.5 本章小结 |
第4章 多孔纳米级NiO/NiCo_2O_4异质结的构筑及析氧性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 NiO/NiCo_2O_4异质结的制备及形成机理 |
4.2.1 前驱体NiCo双金属氢氧化物的制备 |
4.2.2 多孔纳米级NiO/NiCo_2O_4异质结的制备 |
4.2.3 NiO/NiCo_2O_4异质结的结构及形成机理 |
4.3 NiO/NiCo_2O_4异质结的形貌分析 |
4.4 NiO/NiCo_2O_4异质结的电化学性能 |
4.4.1 NiO/NiCo_2O_4异质结的电催化析氧性能 |
4.4.2 NiO/NiCo_2O_4异质结本征催化活性提升机理 |
4.4.3 NiO/NiCo_2O_4异质结本征催化活性理论分析 |
4.4.4 NiO/NiCo_2O_4异质结导电性 |
4.4.5 NiO/NiCo_2O_4异质结的析氧稳定性 |
4.5 本章小结 |
第5章 (Ni_xFe_(1-x))_2P纳米片d带中心的调控及析氧性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 (Ni_xFe_(1-x))_2P纳米片的设计合成 |
5.2.1 NiFe-LDH纳米片的制备 |
5.2.2 (Nix Fe1_-x)_2P纳米片的制备 |
5.2.3 Ni_2P纳米片的制备 |
5.2.4 Fe_2P的制备 |
5.3 材料设计:Fe掺杂Ni_2P |
5.4 自发电化学腐蚀制备NiFe-LDH的机理及表征 |
5.5 (Ni_xFe_(1-x))_2P纳米片的结构及形貌 |
5.6 (Ni_xFe_(1-x))_2P纳米片的电化学性能 |
5.6.1 (Ni_xFe_(1-x))_2P纳米片的电催化析氧性能 |
5.6.2 (Ni_xFe_(1-x))_2P纳米片稳定性测试后表征 |
5.6.3 d带中心对(Ni_xFe_(1-x))_2P析氧反应活性影响机制 |
5.6.4 (Ni_xFe_(1-x))_2P纳米片的电催化析氢性能 |
5.6.5 (Ni_xFe_(1-x))_2P纳米片的电催化分解水性能 |
5.7 本章小结 |
结论 |
论文创新点 |
展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文 |
致谢 |
个人简历 |
(6)过渡金属物种修饰的碳材料的制备及其电催化性能的研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 电催化反应机理 |
1.2.1 氧还原反应(ORR)机理 |
1.2.2 析氧反应(OER)机理 |
1.3 碳纳米材料 |
1.4 杂原子掺杂碳基电催化剂 |
1.4.1 杂原子掺杂碳基电催化剂的机理研究 |
1.4.2 杂原子掺杂碳基电催化剂的制备方法 |
1.5 过渡金属/杂原子掺杂碳基电催化剂 |
1.5.1 TMs-NPs负载杂原子掺杂碳基电催化剂 |
1.5.2 TMs-SAs负载杂原子掺杂碳基电催化剂 |
1.5.3 TMs-Alloy NPs负载杂原子掺杂碳基双功能电催化剂 |
1.6 本论文的研究背景和主要研究内容 |
参考文献 |
第2章 负载高密度Fe-单原子-纳米团簇的N,S共掺杂多孔碳材料的制备及其电催化性能研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 实验试剂与仪器 |
2.2.2 实验表征 |
2.2.3 ORR性能测试 |
2.2.4 锌-空气电池性能测试 |
2.2.5 N,S共掺杂C_(PAM-TA-Fe)Fe-SA-NC催化剂的制备 |
2.2.6 N,S共掺杂C_(PANI)催化剂的制备 |
2.2.7 N,S共掺杂C_(PANI-TA)催化剂的制备 |
2.2.8 N,S共掺杂C_(PANI-Fe)催化剂的制备 |
2.2.9 N,S共掺杂C_(PANI-TA-Fe)Fe单原子催化剂和N,S共掺杂C_(PAI-TA-Fe)Fe纳米颗粒催化剂的制备 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 N,S共掺杂C_(PANI-TA-Fe)Fe-SA-NC催化剂的制备条件探索 |
2.3.2 N,S共掺杂C_(PANI-TA-Fe)Fe-SA-NC催化剂的结构表征 |
2.3.3 N,S共掺杂C_(PANI-TA-Fe)Fe-SA-NC催化剂的ORR催化性能的探究 |
2.3.4 N,S共掺杂C_(PANI-TA-Fe)Fe-SA-NC催化剂的活性位点探究 |
2.3.5 N,S共掺杂C_(PANI-TA-Fe)Fe-SA-NC催化剂在锌空气电池中的应用 |
2.4 本章小结 |
参考文献 |
第3章 铁铜合金纳米团簇负载碳气凝胶的制备及其氧还原性能的探究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 实验试剂与仪器 |
3.2.2 实验表征 |
3.2.3 ORR性能测试 |
3.2.4 Fe-Cu ANC@NSC催化剂的制备 |
3.2.5 Cu-SA-NC@NSC催化剂和Fe-SA-NC@NSC催化剂的制备 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 Fe-Cu ANC@NSC催化剂的制备条件探索 |
3.3.2 Fe-Cu ANC@NSC催化剂的形貌与结构表征 |
3.3.3 Fe-Cu ANC@NSC催化剂的ORR催化性能的探究 |
3.4 本章小结 |
参考文献 |
第4章 铁镍合金纳米团簇负载碳气凝胶的制备及其在锌-空气电池中的应用 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 实验试剂与仪器 |
4.2.2 实验表征 |
4.2.3 ORR性能测试 |
4.2.4 OER性能测试 |
4.2.5 锌-空气电池性能测试 |
4.2.6 Fe-Ni ANC@NSCA催化剂的制备 |
4.2.7 Fe NC@NSCA催化剂和Ni NP@NSCA催化剂的制备 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 Fe-Ni ANC@NSCA催化剂的制备条件探索 |
4.3.2 Fe-Ni ANC@NSCA催化剂的结构表征 |
4.3.3 Fe-Ni ANC@NSCA催化剂的OER催化活性的探究 |
4.3.4 Fe-Ni ANC@NSCA催化剂的ORR催化活性的探究 |
4.3.5 Fe-Ni ANC@NSCA催化剂在锌空气电池中的应用 |
4.4 本章小结 |
参考文献 |
第5章 总结与展望 |
5.1 论文总结 |
5.2 本论文创新点 |
5.3 有待开展的工作 |
致谢 |
攻读博士学位期间发表的论文 |
附件 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(7)催化绿色转化小分子至高价值化工品的研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 碳循环 |
1.3 电催化还原CO_2的研究进展 |
1.3.1 电化学还原CO_2的反应装置 |
1.3.2 直接法电还原CO_2简介 |
1.3.3 CO_2RR制甲酸的研究进展 |
1.3.4 直接电还原CO_2制C_(2+)产物的研究进展 |
1.3.5 两步法(串联催化)电还原CO_2简介 |
1.3.6 第一步:CO_2转化为CO |
1.3.7 第二步:CO转化为C_(2+)产物 |
1.3.8 串联策略应用于CO_2RR |
1.4 电化学合成氨研究进展 |
1.5 本论文研究意义、思路及创新性 |
第二章 二维铜纳米片的可控制备及其电还原一氧化碳的研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 模型催化剂合成 |
2.2.2 催化剂结构表征 |
2.2.3 电化学测试 |
2.2.4 原位实验和同位素实验 |
2.2.5 理论计算 |
2.3 实验结果与讨论 |
2.3.1 Cu纳米片和Cu纳米立方体的结构表征 |
2.3.2 Cu(111)纳米片形成机理 |
2.3.3 Cu(111)纳米片的稳定性 |
2.3.4 电还原CO性能研究 |
2.4 理论计算 |
2.5 本章小结 |
第三章 原子级分散的单位点铜催化剂的构筑及其电还原一氧化碳的研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 铜单位点催化剂的合成 |
3.2.2 催化剂结构表征 |
3.2.3 电化学测试 |
3.3 实验结果与讨论 |
3.3.1 Cu-N-C催化剂的结构表征 |
3.3.2 电还原CO性能研究 |
3.3.3 反应机理探究 |
3.4 本章小结 |
第四章 氮化铜衍生的铜催化剂用于高效电还原一氧化碳的研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 催化剂合成 |
4.2.2 催化剂结构表征 |
4.2.3 电化学测试 |
4.2.4 原位电化学STEM实验 |
4.3 实验结果与讨论 |
4.3.1 Cu基催化剂的结构表征 |
4.3.2 Cu_3N纳米立方体原位电化学STEM研究 |
4.3.3 电还原CO的性能研究 |
4.4 本章小结 |
第五章 界面限域还原法制备铋多孔纳米片用于电还原二氧化碳研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 模型催化剂制备 |
5.2.2 催化剂结构表征 |
5.2.3 电化学测试 |
5.3 实验结果与讨论 |
5.3.1 BiOBr纳米片和Bi多孔纳米片的结构表征 |
5.3.2 电还原CO_2 性能研究 |
5.4 本章小结 |
第六章 二维铜催化剂用于电还原硝酸根合成氨的研究 |
6.1 引言 |
6.2 实验部分 |
6.2.1 模型催化剂合成 |
6.2.2 催化剂结构表征 |
6.2.3 电化学测试 |
6.2.4 氨的定量 |
6.2.5 同位素标记实验 |
6.2.6 反应平衡电势的计算 |
6.2.7 法拉第效率和产氨率计算 |
6.3 实验结果和讨论 |
6.3.1 铜催化剂的结构表征 |
6.3.2 电还原硝酸根的性能研究 |
6.4 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 研究展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
(8)电化学还原反应中催化剂构效关系的原位同步辐射研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 二氧化碳还原的概述 |
1.2.1 电催化二氧化碳还原的反应机理 |
1.2.2 电催化二氧化碳还原的研究现状 |
1.3 电催化二氧化碳还原催化剂分类 |
1.3.1 金属单质催化剂 |
1.3.2 金属合金催化剂 |
1.3.3 金属氧化物催化剂 |
1.3.4 单原子催化剂 |
1.4 电催化二氧化碳还原性能测试方法 |
1.4.1 H-型电解池 |
1.4.2 流动型电解池 |
1.5 电催化二氧化碳还原产物表征和性能计算 |
1.5.1 气相产物标定 |
1.5.2 液相产物标定 |
1.5.3 法拉第效率计算 |
1.6 本论文的选题背景和主要研究内容 |
参考文献 |
第2章 原位同步辐射技术研究电化学还原反应 |
2.1 原位X射线吸收精细结构谱 |
2.1.1 原位XAFS的测试方法 |
2.1.2 原位XAFS在电化学还原体系中的应用 |
2.2 原位傅里叶变换红外光谱 |
2.2.1 原位同步辐射反射红外光谱的测试方法 |
2.2.2 原位衰减全反射红外光谱的测试方法 |
2.2.3 原位傅里叶变换红外光谱在电化学还原中的应用 |
参考文献 |
第3章 原位同步辐射揭示Sn/Cu_2O中Cu~+的稳定和催化机制 |
3.1 引言 |
3.2 样品的制备与结构表征 |
3.2.1 Sn/Cu_2O纳米片的制备 |
3.2.2 Sn/Cu_2O纳米片的表征与分析 |
3.3 电催化二氧化碳还原性能测试与分析 |
3.3.1 电催化CO_2RR性能测试 |
3.3.2 电催化CO_2RR性能结果分析 |
3.4 原位同步辐射表征 |
3.4.1 原位XAFS测试与结果分析 |
3.4.2 原位SRFT-IR测试结果与分析 |
3.5 电催化二氧化碳还原的反应机理与路径研究 |
3.5.1 理论计算 |
3.5.2 反应路径分析 |
3.6 本章小结 |
参考文献 |
第4章 单原子Ni/NC电催化CO_2RR的原位同步辐射研究 |
4.1 引言 |
4.2 单原子Ni/NC电催化剂的制备与形貌表征 |
4.2.1 单原子Ni/NC电催化剂的制备 |
4.2.2 单原子Ni/NC催化剂形貌和结构的表征与分析 |
4.3 单原子Ni/NC催化剂中Ni的配位结构解析 |
4.3.1 同步辐射软X射线吸收谱测试结果与分析 |
4.3.2 X射线光电子能谱测试结果与分析 |
4.3.3 X射线吸收精细结构谱测试结果与分析 |
4.4 电催化二氧化碳还原性能测试与分析 |
4.4.1 电催化CO_2RR性能测试 |
4.4.2 电催化CO_2RR性能结果分析 |
4.5 CO_2RR反应机理与Ni/N-C构效关系研究 |
4.5.1 原位XAFS测试与结果分析 |
4.5.2 原位ATR FT-IR测试结果与分析 |
4.5.3 反应路径分析 |
4.6 本章小结 |
参考文献 |
第5章 电催化反应中Co-WSe_2活性中心结构演变的原位研究 |
5.1 引言 |
5.2 Co-WSe_2 NS的制备与表征 |
5.2.1 Co-WSe_2 NS催化剂的合成 |
5.2.2 Co-WSe_2 NS的基本形貌和结构表征结果与分析 |
5.3 Co-WSe_2 NS中元素的价态和电子结构测试与分析 |
5.3.1 XPS测试结果与讨论 |
5.3.2 同步辐射近边XAFS结果与分析 |
5.3.3 同步辐射UPS结果与分析 |
5.4 电催化性能测试与分析 |
5.4.1 电化学性能测试 |
5.4.2 电化学性能结果与分析 |
5.5 原位X射线吸收精细结构谱 |
5.5.1 原位XAFS测试 |
5.5.2 原位XAFS结果分析 |
5.6 理论计算揭示反应机理与构效关系 |
5.6.1 理论计算结果与分析 |
5.6.2 构效关系讨论 |
5.7 本章小结 |
参考文献 |
第6章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间发表的学术论文 |
(9)光化学合成原子级和纳米级铂基催化剂的电催化性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.2 质子交换膜燃料电池研究现状 |
1.3 电解水析氢反应研究现状 |
1.4 铂基电催化剂研究现状 |
1.4.1 载体的研究现状 |
1.4.2 合金化的研究现状 |
1.4.3 尺寸效应的研究现状 |
1.5 铂基电催化剂的前景 |
1.6 本论文的研究内容 |
第2章 实验原料与研究方法 |
2.1 实验原料与仪器设备 |
2.1.1 实验原料 |
2.1.2 实验中所用仪器与设备 |
2.2 催化剂的制备方法 |
2.2.1 钛酸盐纳米棒(TNR)的制备 |
2.2.2 超薄碳层包覆的二氧化钛纳米棒(TNR@GC)的制备 |
2.2.3 光化学合成铂纳米颗粒(p-Pt/TNR@GC)的的制备 |
2.2.4 光化学合成单原子催化剂(Pt-PVP/TNR@GC)的制备 |
2.2.5 光化学合成亚纳米铂修饰金纳米颗粒(Pt-SN/AuNP)的制备 |
2.3 电化学性能测试 |
2.3.1 工作电极的制备 |
2.3.2 电化学性能测试 |
2.4 材料的物理表征 |
2.4.1 X射线衍射(XRD) |
2.4.2 X射线光电子能谱(XPS) |
2.4.3 拉曼光谱(Raman) |
2.4.4 透射电子显微镜表征(TEM) |
2.4.5 电子顺磁共振波谱(EPR) |
2.4.6 电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES) |
2.4.7 紫外可见吸收光谱(UV-vis) |
2.4.8 X射线吸收光谱(XAS) |
第3章 光化学合成铂纳米颗粒电催化剂及其甲醇电氧化性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 催化剂p-Pt/TNR@GC的形貌与结构表征 |
3.2.1 TNR@GC载体的形貌与结构表征 |
3.2.2 p-Pt-TNR@GC催化剂的形貌与结构表征 |
3.3 p-Pt/TNR@GC催化剂的甲醇电氧化性能测试 |
3.3.1 p-Pt-TNR@GC催化剂的循环伏安测试 |
3.3.2 p-Pt-TNR@GC催化剂的甲醇电氧化测试 |
3.4 本章小结 |
第4章 光化学合成铂单原子电催化剂及其电化学析氢性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 单原子催化剂Pt-PVP/TNR@GC的制备与表征 |
4.2.1 单原子催化剂Pt-PVP/TNR@GC的制备 |
4.2.2 单原子催化剂Pt-PVP/TNR@GC的物理表征 |
4.3 单原子催化剂Pt-PVP/TNR@GC的电催化性能研究 |
4.3.1 单原子催化剂Pt-PVP/TNR@GC的循环伏安测试 |
4.3.2 单原子催化剂Pt-PVP/TNR@GC的线性扫描伏安测试 |
4.4 对单原子催化剂Pt-PVP/TNR@GC的第一性原理研究 |
4.5 本章小结 |
第5章 光化学合成亚纳米铂修饰金电催化剂及其甲酸电氧化性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 亚纳米铂修饰金的制备 |
5.3 亚纳米铂修饰金箔电极的物理表征及电化学性能测试 |
5.4 亚纳米Pt修饰Au纳米颗粒的物理表征及电化学测试 |
5.5 亚纳米Pt修饰Au纳米颗粒的甲酸电氧化性能 |
5.5.1 亚纳米Pt修饰Au纳米颗粒的循环伏安测试 |
5.5.2 亚纳米Pt修饰Au纳米颗粒的稳定性测试 |
5.6 本章小结 |
结论 |
创新点 |
展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(10)过渡金属钴/镍基新型材料的调控制备、复合改性及催化性能的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 催化剂设计原则 |
1.3 水分解反应的基本机理 |
1.3.1 HER反应 |
1.3.2 OER反应 |
1.4 HER的电催化剂 |
1.4.1 HER的钴基电催化剂 |
1.4.2 HER的镍基电催化剂 |
1.5 OER的电催化剂 |
1.5.1 OER的钴基电催化剂 |
1.5.2 OER的镍基电催化剂 |
1.6 全分解水的电催化剂 |
1.6.1 钴基电催化剂 |
1.6.2 镍基电催化剂 |
1.7 MOFs的催化剂 |
1.7.1 MOFs电催化剂 |
1.7.2 MOFs化学催化 |
1.8 本论文的研究目的、意义及与研究内容 |
1.8.1 研究目的及意义 |
1.8.2 研究内容 |
1.8.3 技术路线 |
第二章 实验材料与方法 |
2.1 实验试剂 |
2.2 常用仪器与设备 |
2.3 材料性质表征与测试 |
2.3.1 X-射线单晶衍射 |
2.3.2 X-射线粉末衍射 |
2.3.3 拉曼光谱 |
2.3.4 X-射线光电子能谱 |
2.3.5 扫描电子显微镜 |
2.3.6 透射电镜 |
2.3.7 比表面积分析 |
2.3.8 Zeta电位 |
2.4 电化学性能测试方法 |
2.4.1 工作电极的制备 |
2.4.2 循环伏安曲线 |
2.4.3 线性扫描伏安曲线 |
2.4.4 交流阻抗曲线 |
2.4.5 计时电位曲线 |
2.4.6 双层电容测试 |
2.4.7 电化学数据的基本意义 |
2.5 水质分析测试方法 |
2.5.1 COD分析 |
2.5.2 TOC分析 |
2.5.3 N元素分析 |
第三章 3D-Co/NiMOFs的制备与OER性能的研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 [M_2(btec)(H_2O)_4]·2H_2O的合成 |
3.2.2 3D-MOFs@Fe电极的原位合成 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 3D-MOFs材料 |
3.3.2 XRD表征 |
3.3.3 FT-IR表征 |
3.3.4 Raman表征 |
3.3.5 形貌分析 |
3.3.6 XPS分析 |
3.4 3D-MOFs电催化剂的OER性能 |
3.5 3D-MOFs电催化OER的机理解析 |
3.6 本章小结 |
第四章 2D-Co/NiMOFs的制备与OER性能的研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 [Ni_2(NTC)(H_2O)_8]·4H_2O晶体的合成 |
4.2.2 二维材料的制备 |
4.2.3 2D-Co/Ni-MOFs电极的制备 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 2D-MOFs分析 |
4.3.2 形貌分析 |
4.3.3 XRD表征 |
4.3.4 FT-IR表征 |
4.3.5 Raman表征 |
4.3.6 XPS分析 |
4.4 2D-MOFs电催化剂的OER性能 |
4.5 2D-MOFs电催化OER机理解析 |
4.6 本章小结 |
第五章 3D-Co/NiMOFs碳化衍生改性与电解水产能的研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 3D-Co/NiMOFs的合成 |
5.2.2 3D-Co/NiMOFs衍生碳基材料的制备 |
5.2.3 Co/Ni-MOFs@X电极的制备 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 XRD分析 |
5.3.2 FT-IR分析 |
5.3.3 Raman分析 |
5.3.4 形貌分析 |
5.3.5 XPS分析 |
5.4 MOFs衍生材料的电催化剂性能 |
5.4.1 OER性能 |
5.4.2 HER性能 |
5.4.3 电分解水性能 |
5.5 电解水机理分析 |
5.6 本章小结 |
第六章 3D-Co/NiMOFs碳基复合材料的制备与催化臭氧降解污染物的研究 |
6.1 引言 |
6.2 实验部分 |
6.2.1 葡萄糖碳球(CS)的制备 |
6.2.2 3D-MOFs@CS的制备 |
6.2.3 3D-MOFs@CS催化臭氧催化实验 |
6.2.4 GC-MS分析 |
6.2.5 环境风险评估 |
6.3 结果与讨论 |
6.3.1 3D-MOFs@CS结构表征 |
6.3.2 3D-MOFs@CS/O_3 催化降解LOF |
6.3.3 3D-Co/NiMOFs@CS/O_3 催化降解CW-RW |
6.3.4 3D-Co/NiMOFs@CS/O_3 催化降解OHO-DW |
6.4 本章小结 |
结论与展望 |
1 结论 |
2 创新点 |
3 展望 |
参考文献 |
附录一 |
攻读博士期间取得的研究成果 |
致谢 |
附件 |
四、Surface alloy/GC电催化剂的制备与结构表征(论文参考文献)
- [1]自支撑电极材料的电子结构及其电化学性能研究[D]. 王加欣. 北京化工大学, 2021(02)
- [2]过渡金属硫化物/纳米碳界面结构设计及电解水催化特性调控[D]. 李泊林. 广西大学, 2021
- [3]钴基纳米催化材料的控制合成、缺陷调控及电催化性能研究[D]. 郝翊茹. 内蒙古大学, 2021(12)
- [4]苯基膦酸类金属配合物及复合材料的合成与催化性能研究[D]. 李爱红. 北京交通大学, 2021(02)
- [5]镍基双金属析氧电催化剂的设计合成及性能研究[D]. 孙善富. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [6]过渡金属物种修饰的碳材料的制备及其电催化性能的研究[D]. 李红. 山东大学, 2021(11)
- [7]催化绿色转化小分子至高价值化工品的研究[D]. 付先彪. 电子科技大学, 2021(01)
- [8]电化学还原反应中催化剂构效关系的原位同步辐射研究[D]. 张伟. 中国科学技术大学, 2021(06)
- [9]光化学合成原子级和纳米级铂基催化剂的电催化性能研究[D]. 李灿. 哈尔滨工业大学, 2020(02)
- [10]过渡金属钴/镍基新型材料的调控制备、复合改性及催化性能的研究[D]. 罗培. 华南理工大学, 2020(05)