铁系金属基电催化剂的微结构设计及其电催化氧化性能的研究.pdf

目录

摘要I

AbstractIII

第一章绪论1

1.1引言1

1.2电解水反应概念2

1.3电催化剂的性能参数3

1.3.1起始过电位3

1.3.2塔菲尔斜率3

1.3.3电化学阻抗谱4

1.3.4电化学活性表面积4

1.3.5电化学稳定性4

1.4电催化剂的研究现状5

1.4.1贵金属基电催化剂的研究现状5

1.4.2非金属基电催化剂的研究现状9

1.4.3非贵金属基电催化剂的研究现状10

1.5铁系金属基电催化剂的改性策略14

1.5.1异质元素的掺杂14

1.5.2催化剂的形貌调控15

1.6本论文的选题意义及主要研究内容16

1.6.1本论文的选题意义16

1.6.2本论文的主要研究内容17

第二章镶嵌在含氮碳片中的铜钴合金电催化剂的微结构设计及其电催化性能研究18

2.1引言18

2.2实验部分19

2.2.1刻蚀碳布的制备19

2.2.2镶嵌在含氮碳片中的铜钴合金催化剂的制备19

2.2.3结构表征20

2.2.4电化学测试20

2.3结果与讨论21

2.3.1物相和结构表征21

2.3.2水合肼氧化反应的性能测试25

2.3.3析氢反应和全解水合肼溶液的性能测试31

2.4本章小结32

第三章镶嵌在碳片中的FeNi/ZnO催化剂的微结构设计及其电催化性能研究33

3

3.1引言33

3.2实验部分34

3.2.1镶嵌在碳片中的FeNi/ZnO的制备34

3

3.2.2铁掺杂的氧化镍材料的制备34

3.2.3镶嵌在碳片中的氧化锌材料的制备35

3.2.4结构表征35

3.2.5电化学测试35

3.3结果与讨论36

3.3.1制备路线36

3.3.2形貌调控38

3.3.3物相和结构表征40

3.3.4析氧反应的性能测试44

3.4本章小结50

第四章总结与展望51

参考文献53

致谢70

攻读学位期间发表的学术论著72

摘要

氢气由于零排放、高热值等优点能够有效缓解传统化石燃料过度使用造成的能源匮

乏和环境污染。电解水因装置简单、环境友好等特点，成为最具潜力的绿氢制备方式之

一。然而，电解水的两个半反应中，析氧反应（OER）迟滞的四电子转移过程使电解水

产氢需要克服较大的过电势。因此，亟需开发高效的电催化剂以降低电解水产氢的能耗。

另外，电催化水合肼氧化反应（HzOR）具有更低的理论起始电位，使其代替OER与阴

极析氢反应（HER）耦合可以同时实现高效产氢和零碳排放的水污染治理。但是，由于

HzOR同样涉及多电子转移过程，仍需要开发高效、低成本的电催化剂以促进反应的进行。

目前常用的铁系金属基催化剂存在活性位点和电子传导能力不足的缺点，为了解决这一

问题，本论文通过双金属协同和微结构调控的方法，设计合成了具有优异催化活性和稳

定性的铁系金属基电催化剂用于OER和HzOR，具体研究内容如下：

1.采用室温化学沉积—