本文主要研究内容
作者袁承宗（2019）在《过渡金属基析氧反应催化剂的设计、合成及其结构与性能研究》一文中研究指出：电催化水分解大规模生产高纯度的氢气(H2),是现如今缓解能源危机和环境污染问题的重要途径之一。该技术中的析氧反应(OER)和析氢反应(HER)是两个重要反应,都决定着电催化水分解制取H2的效率和速率。相比于HER,涉及四电子转移过程的OER,其反应速率更低,反应能垒更大。因此,加快水分解反应的速率和提高能量转换的效率,更加依赖于高效、稳定的OER催化剂。过渡金属基材料,由于其独特且可调的电子结构特性,已被研究工作者视为可替代传统贵金属OER催化剂的潜力材料。但目前众多的过渡金属基材料在导电性和活性位点方面存在一些不足,限制了其在电催化方向的应用。本论文针对过渡金属基材料的缺点或不足,目的性地设计了几种简单的合成策略,成功地制备了三种新颖的过渡金属基OER催化剂,并且对其结构与性能进行了研究。本论文的具体内容如下:针对传统磷酸钴材料导电性不好,尺寸较大且暴露的活性位点有限的缺点,我们合理地选取了磷酸丝氨酸作为一种多功能的原材料,添加钴源之后,经过溶剂热和高温热处理,即得到了氮掺杂碳层修饰的磷酸钴纳米颗粒,记作Co3(PO4)2@N-C。在1M KOH电解液中,Co3(PO4)2@N-C催化OER反应的起始电位低至1.47 V,并且塔菲尔斜率小至62 mV dec-1,其活性和稳定性均优于标准贵金属IrO2催化剂。磷酸丝氨酸同时作为磷源、碳源和氮源,在合成过程中会转变成氮掺杂碳层并包袱在磷酸钴纳米颗粒表面,增加其导电性。而且,制备的Co3(PO4)2@N-C颗粒尺寸小至约80 nm,从而导致该目标催化剂表面的活性位点丰富,故合成的Co3(PO4)2@N-C催化剂呈现出了良好的OER性能。这项工作可以为合成过渡金属材料/氮掺杂碳复合型催化剂提供方法指导。基于纳米催化剂负载于导电载体上测试性能时,需要添加的聚合物等粘结剂会影响催化剂性能的问题,我们巧妙地设计了一种原位合成一体化OER电极的策略,通过一步磷化预氧化的钴金属(Co)片,成功将钴富集的磷化钴纳米颗粒直接生长在Co片表面,便得到了可直接应用的自支撑电极,记为Co2P/Co-foil。在碱性环境中,Co2P/Co-foil自支撑一体化电极催化OER,过电压仅为319 mV时体系可以实现10mA cm-2,此性能优异且稳定。此外,合成的Co2P/Co-foil自支撑电极同时作为电解水装置的阴极和阳极,也展示了优良的水分解性质。Co片在制备过程中不仅作为Co源,同时还作为高导电性的集流体,Co2P纳米颗粒原位生长在其表面,形成自支撑电极,使得活性物质和载体之间具有强相互作用,且测试过程中不再需要添加任何粘结剂,因此,合成的自支撑电极展现了突出的催化活性和稳定性。该方法为大规模制备高活性的自支撑电极开辟了新方案。适当的掺杂也是提高电催化剂性能的重要方法之一。基于上述原位合成方法,我们恰当地采用了铁镍合金(FeNi)金属片同时作为Fe源、Ni源和导电载体,经过一步溶剂热处理,成功将Fe掺杂的Ni3S2纳米片原位生长在了FeNi金属片表面,从而获得了一种掺杂型的自支撑一体化OER电极,记作Fe-Ni3S2/FeNi。在碱性条件下,合成的Fe-Ni3S2/FeNi集成电极表现出了卓越的OER活性和循环稳定性,过电势在283 mV时可达到10 mA cm-2的电流密度。实验方法结合理论计算表明,适当的Fe掺杂可以调节Ni3S2的电子结构,增加其活性位点,优化02生成能垒和速率。Fe掺杂以及Fe-Ni3S2纳米片与FeNi金属片之间的强相互作用共同促成了Fe-Ni3S2/FeNi自支撑电极突出的OER性能。
Abstract
dian cui hua shui fen jie da gui mo sheng chan gao chun du de qing qi (H2),shi xian ru jin huan jie neng yuan wei ji he huan jing wu ran wen ti de chong yao tu jing zhi yi 。gai ji shu zhong de xi yang fan ying (OER)he xi qing fan ying (HER)shi liang ge chong yao fan ying ,dou jue ding zhao dian cui hua shui fen jie zhi qu H2de xiao lv he su lv 。xiang bi yu HER,she ji si dian zi zhuai yi guo cheng de OER,ji fan ying su lv geng di ,fan ying neng lei geng da 。yin ci ,jia kuai shui fen jie fan ying de su lv he di gao neng liang zhuai huan de xiao lv ,geng jia yi lai yu gao xiao 、wen ding de OERcui hua ji 。guo du jin shu ji cai liao ,you yu ji du te ju ke diao de dian zi jie gou te xing ,yi bei yan jiu gong zuo zhe shi wei ke ti dai chuan tong gui jin shu OERcui hua ji de qian li cai liao 。dan mu qian zhong duo de guo du jin shu ji cai liao zai dao dian xing he huo xing wei dian fang mian cun zai yi xie bu zu ,xian zhi le ji zai dian cui hua fang xiang de ying yong 。ben lun wen zhen dui guo du jin shu ji cai liao de que dian huo bu zu ,mu de xing de she ji le ji chong jian chan de ge cheng ce lve ,cheng gong de zhi bei le san chong xin ying de guo du jin shu ji OERcui hua ji ,bing ju dui ji jie gou yu xing neng jin hang le yan jiu 。ben lun wen de ju ti nei rong ru xia :zhen dui chuan tong lin suan gu cai liao dao dian xing bu hao ,che cun jiao da ju bao lou de huo xing wei dian you xian de que dian ,wo men ge li de shua qu le lin suan si an suan zuo wei yi chong duo gong neng de yuan cai liao ,tian jia gu yuan zhi hou ,jing guo rong ji re he gao wen re chu li ,ji de dao le dan can za tan ceng xiu shi de lin suan gu na mi ke li ,ji zuo Co3(PO4)2@N-C。zai 1M KOHdian jie ye zhong ,Co3(PO4)2@N-Ccui hua OERfan ying de qi shi dian wei di zhi 1.47 V,bing ju da fei er xie lv xiao zhi 62 mV dec-1,ji huo xing he wen ding xing jun you yu biao zhun gui jin shu IrO2cui hua ji 。lin suan si an suan tong shi zuo wei lin yuan 、tan yuan he dan yuan ,zai ge cheng guo cheng zhong hui zhuai bian cheng dan can za tan ceng bing bao fu zai lin suan gu na mi ke li biao mian ,zeng jia ji dao dian xing 。er ju ,zhi bei de Co3(PO4)2@N-Cke li che cun xiao zhi yao 80 nm,cong er dao zhi gai mu biao cui hua ji biao mian de huo xing wei dian feng fu ,gu ge cheng de Co3(PO4)2@N-Ccui hua ji cheng xian chu le liang hao de OERxing neng 。zhe xiang gong zuo ke yi wei ge cheng guo du jin shu cai liao /dan can za tan fu ge xing cui hua ji di gong fang fa zhi dao 。ji yu na mi cui hua ji fu zai yu dao dian zai ti shang ce shi xing neng shi ,xu yao tian jia de ju ge wu deng nian jie ji hui ying xiang cui hua ji xing neng de wen ti ,wo men qiao miao de she ji le yi chong yuan wei ge cheng yi ti hua OERdian ji de ce lve ,tong guo yi bu lin hua yu yang hua de gu jin shu (Co)pian ,cheng gong jiang gu fu ji de lin hua gu na mi ke li zhi jie sheng chang zai Copian biao mian ,bian de dao le ke zhi jie ying yong de zi zhi cheng dian ji ,ji wei Co2P/Co-foil。zai jian xing huan jing zhong ,Co2P/Co-foilzi zhi cheng yi ti hua dian ji cui hua OER,guo dian ya jin wei 319 mVshi ti ji ke yi shi xian 10mA cm-2,ci xing neng you yi ju wen ding 。ci wai ,ge cheng de Co2P/Co-foilzi zhi cheng dian ji tong shi zuo wei dian jie shui zhuang zhi de yin ji he yang ji ,ye zhan shi le you liang de shui fen jie xing zhi 。Copian zai zhi bei guo cheng zhong bu jin zuo wei Coyuan ,tong shi hai zuo wei gao dao dian xing de ji liu ti ,Co2Pna mi ke li yuan wei sheng chang zai ji biao mian ,xing cheng zi zhi cheng dian ji ,shi de huo xing wu zhi he zai ti zhi jian ju you jiang xiang hu zuo yong ,ju ce shi guo cheng zhong bu zai xu yao tian jia ren he nian jie ji ,yin ci ,ge cheng de zi zhi cheng dian ji zhan xian le tu chu de cui hua huo xing he wen ding xing 。gai fang fa wei da gui mo zhi bei gao huo xing de zi zhi cheng dian ji kai bi le xin fang an 。kuo dang de can za ye shi di gao dian cui hua ji xing neng de chong yao fang fa zhi yi 。ji yu shang shu yuan wei ge cheng fang fa ,wo men qia dang de cai yong le tie nie ge jin (FeNi)jin shu pian tong shi zuo wei Feyuan 、Niyuan he dao dian zai ti ,jing guo yi bu rong ji re chu li ,cheng gong jiang Fecan za de Ni3S2na mi pian yuan wei sheng chang zai le FeNijin shu pian biao mian ,cong er huo de le yi chong can za xing de zi zhi cheng yi ti hua OERdian ji ,ji zuo Fe-Ni3S2/FeNi。zai jian xing tiao jian xia ,ge cheng de Fe-Ni3S2/FeNiji cheng dian ji biao xian chu le zhuo yue de OERhuo xing he xun huan wen ding xing ,guo dian shi zai 283 mVshi ke da dao 10 mA cm-2de dian liu mi du 。shi yan fang fa jie ge li lun ji suan biao ming ,kuo dang de Fecan za ke yi diao jie Ni3S2de dian zi jie gou ,zeng jia ji huo xing wei dian ,you hua 02sheng cheng neng lei he su lv 。Fecan za yi ji Fe-Ni3S2na mi pian yu FeNijin shu pian zhi jian de jiang xiang hu zuo yong gong tong cu cheng le Fe-Ni3S2/FeNizi zhi cheng dian ji tu chu de OERxing neng 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自中国科学技术大学的袁承宗，发表于刊物中国科学技术大学2019-07-12论文，是一篇关于过渡金属基论文,析氧反应论文,催化剂论文,自支撑电极论文,导电性论文,活性位点论文,中国科学技术大学2019-07-12论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自中国科学技术大学2019-07-12论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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