本文主要研究内容
作者刘婷婷（2019）在《基于过渡金属氮化物的纳米材料的制备及其在电化学水分解中的应用研究》一文中研究指出：过渡金属氮化物（TMNs）由于其具有类似于金属单质的物理性质和独特电子结构的化学特性备受关注。将氮元素引入到到过渡金属中,可以使过渡金属d-带电子密度增加并且d-带收缩,从而使得TMNs电子结构类似于贵金属Pd和Pt,态密度跨过费米能级,因此,TMNs也具有类似于金属的导电性和优异的电催化性能。同时氮的引入占据了主金属的间隙位置形成间质合金,从而使得TMNs有比主金属高的耐腐蚀性,这些使TMNs能够很好的适用于酸性或者碱性介质中电催化水分解。此外,TMNs与非金属元素（如碳元素）之间的协同效应使得复合材料周围的电子云密度有所调整,因此基于TMNs的纳米材料往往具有比较大的分散性和更多暴露的活性位点,这些活性位点可以直接提升电催化剂的活性和稳定性。本文文献综述主要介绍了电化学催化水分解的相关原理、TMNs电催化剂的制备方法、TMNs的结构及物理性质以及基于TMNs的纳米材料应用于电化学水分解。本论文中采用简易水热法制备一系列过渡金属基前驱体,再通过氨气热解氮化的方法得到了一系列具有高电催化活性的基于TMNs的纳米材料,这些纳米材料对析氢反应（HER）、析氧反应（OER）表现出优异的催化活性。本论文主要包括以下四个部分:（1）使用聚苯乙烯小球（PSs）作为硬模板,成功合成由纳米片（NPTs）堆积成纳米花（NFWs）、具有三维多级孔结构的Co2N0.67(Co2N0.67NFWs)。在目前报道的地球储量丰富的非贵金属元素用于OER催化中,Co2N0.67NFWs呈现出更优异的OER活性。同时,我们通过密度泛函理论（DFT）计算:Co2N0.67上从O*到OOH*（*指活性位点）的氧化形成中间体是OER反应中的决速步骤,DFT计算结果从热力学上阐释了Co2N0.67比Co5.47N具有更高的OER催化活性的原因,补充了前期文献报道的富氮氮化物作为OER催化剂性能优异的本质原因。（2）合成了一系列具有不同结构的Co2N0.67-C复合材料,并研究了它们的OER催化活性。实验结果证明各种碳载体的特异结构和形貌对所制备的Co2N0.67-C复合材料的OER催化效率起到了决定性的作用。尤其是内外壁多孔的中空碳微观（CMFs）载体不仅能促进氮化钴晶体中的氮含量,进一步地提升活性中心的催化活性。而且中空Co2N0.67-CMFs复合材料的开放结构,丰富的平面外孔以及分散在内外管壁周围的三相界面,Co2N0.67-CMFs还能提供更多的物质传输通道,能够促进OER反应中生成的O2气泡迅速地脱离催化活性中心。因此,Co2N0.67-CMFs复合材料表现出优异的OER催化活性和长期稳定性。（3）合成了一系列金属元素（Fe、Ni、Mn、Zn）掺杂的Co5.47N纳米片。X射线电子能谱（XPS）分析结果证明掺杂第二种金属Fe、Ni或Mn在Co5.47N晶体结构中会导致Co的结合能（BEs）值增加,Co的BEs值正移按照以下顺序逐步降低:CoFe（3:1）-N（1.2 eV）>CoNi（3:1）-N（0.4 eV）>CoMn（3:1）-N（0.2 eV）。得益于Fe3+作为路易斯酸可以有效促进活性位点Co4+的形成、Fe掺杂进CoFe（3:1）-N有效促进电子传输以及三维多孔纳米花结构有效促进OER过程中气体的释放,因此使得CoFe（3:1）-N催化剂具有超高的OER催化活性和长期稳定性。（4）设计并合成一种新型的具有三维多级孔结构的Ni3N纳米片/碳纤维/Ni3N纳米片（Ni3N/CMFs/Ni3N）催化剂,Ni3N/CMFs/Ni3N的结构具有以下特点:通过多孔的Ni3N纳米片均匀负载于多孔碳纤维的内壁和外壁。与Ni3N分别负载于石墨烯（Gr）、碳纳米管（CNTs）以及大孔碳（MPCs）合成的催化剂相比较,Ni3N/CMFs/Ni3N用于OER和HER的催化具有更优异的导电性和更高密度的有效活性位点。得益于多孔的Ni3N@NC NSs、三维多级孔结构以及中空管结构等优势,使得Ni3N/CMFs/Ni3N材料有比块状Ni3N（bulk Ni3N）、Ni3N–Gr、Ni3N–MPCs和Ni3N–CNTs更加优异的OER和HER催化活性。此外,由于Ni3N/CMFs/Ni3N结构中Ni3N纳米粒子具有碳保护层,所以,其在全水分解催化中具有优异的稳定性。
Abstract
guo du jin shu dan hua wu （TMNs）you yu ji ju you lei shi yu jin shu chan zhi de wu li xing zhi he du te dian zi jie gou de hua xue te xing bei shou guan zhu 。jiang dan yuan su yin ru dao dao guo du jin shu zhong ,ke yi shi guo du jin shu d-dai dian zi mi du zeng jia bing ju d-dai shou su ,cong er shi de TMNsdian zi jie gou lei shi yu gui jin shu Pdhe Pt,tai mi du kua guo fei mi neng ji ,yin ci ,TMNsye ju you lei shi yu jin shu de dao dian xing he you yi de dian cui hua xing neng 。tong shi dan de yin ru zhan ju le zhu jin shu de jian xi wei zhi xing cheng jian zhi ge jin ,cong er shi de TMNsyou bi zhu jin shu gao de nai fu shi xing ,zhe xie shi TMNsneng gou hen hao de kuo yong yu suan xing huo zhe jian xing jie zhi zhong dian cui hua shui fen jie 。ci wai ,TMNsyu fei jin shu yuan su （ru tan yuan su ）zhi jian de xie tong xiao ying shi de fu ge cai liao zhou wei de dian zi yun mi du you suo diao zheng ,yin ci ji yu TMNsde na mi cai liao wang wang ju you bi jiao da de fen san xing he geng duo bao lou de huo xing wei dian ,zhe xie huo xing wei dian ke yi zhi jie di sheng dian cui hua ji de huo xing he wen ding xing 。ben wen wen suo zeng shu zhu yao jie shao le dian hua xue cui hua shui fen jie de xiang guan yuan li 、TMNsdian cui hua ji de zhi bei fang fa 、TMNsde jie gou ji wu li xing zhi yi ji ji yu TMNsde na mi cai liao ying yong yu dian hua xue shui fen jie 。ben lun wen zhong cai yong jian yi shui re fa zhi bei yi ji lie guo du jin shu ji qian qu ti ,zai tong guo an qi re jie dan hua de fang fa de dao le yi ji lie ju you gao dian cui hua huo xing de ji yu TMNsde na mi cai liao ,zhe xie na mi cai liao dui xi qing fan ying （HER）、xi yang fan ying （OER）biao xian chu you yi de cui hua huo xing 。ben lun wen zhu yao bao gua yi xia si ge bu fen :（1）shi yong ju ben yi xi xiao qiu （PSs）zuo wei ying mo ban ,cheng gong ge cheng you na mi pian （NPTs）dui ji cheng na mi hua （NFWs）、ju you san wei duo ji kong jie gou de Co2N0.67(Co2N0.67NFWs)。zai mu qian bao dao de de qiu chu liang feng fu de fei gui jin shu yuan su yong yu OERcui hua zhong ,Co2N0.67NFWscheng xian chu geng you yi de OERhuo xing 。tong shi ,wo men tong guo mi du fan han li lun （DFT）ji suan :Co2N0.67shang cong O*dao OOH*（*zhi huo xing wei dian ）de yang hua xing cheng zhong jian ti shi OERfan ying zhong de jue su bu zhou ,DFTji suan jie guo cong re li xue shang chan shi le Co2N0.67bi Co5.47Nju you geng gao de OERcui hua huo xing de yuan yin ,bu chong le qian ji wen suo bao dao de fu dan dan hua wu zuo wei OERcui hua ji xing neng you yi de ben zhi yuan yin 。（2）ge cheng le yi ji lie ju you bu tong jie gou de Co2N0.67-Cfu ge cai liao ,bing yan jiu le ta men de OERcui hua huo xing 。shi yan jie guo zheng ming ge chong tan zai ti de te yi jie gou he xing mao dui suo zhi bei de Co2N0.67-Cfu ge cai liao de OERcui hua xiao lv qi dao le jue ding xing de zuo yong 。you ji shi nei wai bi duo kong de zhong kong tan wei guan （CMFs）zai ti bu jin neng cu jin dan hua gu jing ti zhong de dan han liang ,jin yi bu de di sheng huo xing zhong xin de cui hua huo xing 。er ju zhong kong Co2N0.67-CMFsfu ge cai liao de kai fang jie gou ,feng fu de ping mian wai kong yi ji fen san zai nei wai guan bi zhou wei de san xiang jie mian ,Co2N0.67-CMFshai neng di gong geng duo de wu zhi chuan shu tong dao ,neng gou cu jin OERfan ying zhong sheng cheng de O2qi pao xun su de tuo li cui hua huo xing zhong xin 。yin ci ,Co2N0.67-CMFsfu ge cai liao biao xian chu you yi de OERcui hua huo xing he chang ji wen ding xing 。（3）ge cheng le yi ji lie jin shu yuan su （Fe、Ni、Mn、Zn）can za de Co5.47Nna mi pian 。Xshe xian dian zi neng pu （XPS）fen xi jie guo zheng ming can za di er chong jin shu Fe、Nihuo Mnzai Co5.47Njing ti jie gou zhong hui dao zhi Code jie ge neng （BEs）zhi zeng jia ,Code BEszhi zheng yi an zhao yi xia shun xu zhu bu jiang di :CoFe（3:1）-N（1.2 eV）>CoNi（3:1）-N（0.4 eV）>CoMn（3:1）-N（0.2 eV）。de yi yu Fe3+zuo wei lu yi si suan ke yi you xiao cu jin huo xing wei dian Co4+de xing cheng 、Fecan za jin CoFe（3:1）-Nyou xiao cu jin dian zi chuan shu yi ji san wei duo kong na mi hua jie gou you xiao cu jin OERguo cheng zhong qi ti de shi fang ,yin ci shi de CoFe（3:1）-Ncui hua ji ju you chao gao de OERcui hua huo xing he chang ji wen ding xing 。（4）she ji bing ge cheng yi chong xin xing de ju you san wei duo ji kong jie gou de Ni3Nna mi pian /tan qian wei /Ni3Nna mi pian （Ni3N/CMFs/Ni3N）cui hua ji ,Ni3N/CMFs/Ni3Nde jie gou ju you yi xia te dian :tong guo duo kong de Ni3Nna mi pian jun yun fu zai yu duo kong tan qian wei de nei bi he wai bi 。yu Ni3Nfen bie fu zai yu dan mo xi （Gr）、tan na mi guan （CNTs）yi ji da kong tan （MPCs）ge cheng de cui hua ji xiang bi jiao ,Ni3N/CMFs/Ni3Nyong yu OERhe HERde cui hua ju you geng you yi de dao dian xing he geng gao mi du de you xiao huo xing wei dian 。de yi yu duo kong de Ni3N@NC NSs、san wei duo ji kong jie gou yi ji zhong kong guan jie gou deng you shi ,shi de Ni3N/CMFs/Ni3Ncai liao you bi kuai zhuang Ni3N（bulk Ni3N）、Ni3N–Gr、Ni3N–MPCshe Ni3N–CNTsgeng jia you yi de OERhe HERcui hua huo xing 。ci wai ,you yu Ni3N/CMFs/Ni3Njie gou zhong Ni3Nna mi li zi ju you tan bao hu ceng ,suo yi ,ji zai quan shui fen jie cui hua zhong ju you you yi de wen ding xing 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自东北师范大学的刘婷婷，发表于刊物东北师范大学2019-07-08论文，是一篇关于过渡金属氮化物论文,纳米复合材料论文,非贵金属催化剂论文,电催化论文,析氢反应论文,析氧反应论文,东北师范大学2019-07-08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，资料来自东北师范大学2019-07-08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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