导读:本文包含了双功能氧电极论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:钙钛矿,掺杂,ORR,OER双功能催化活性,稳定性
双功能氧电极论文文献综述
冯洁冰[1]（2019）在《SrCo_(0.9)Nb_(0.1)O_(3-δ)基双功能氧电极电催化性能评价》一文中研究指出实现社会的可持续发展是二十一世纪共同追求的目标,其中能源问题的解决一直是人们的工作重点。经过长期研究发现低廉环保的燃料电池和金属-空气电池是目前最具前景的能源转换与存储设备,它们可实现电能和化学能的相互转化。其中高效双功能氧电极催化剂的开发是提高两类电池性能的关键。近年来阴离子和阳离子掺杂开发的高活性和稳定性的钙钛矿材料成为研究热点。本论文是以钙钛矿型氧化物SrCoO_3(SCO)作为基础材料并对其进行优化处理。包括Co位掺杂高价阳离子Nb~(+5)得到SrCo_(0.9)Nb_(0.1)O_(3-δ)(SCN_(0.1))使材料的结构更稳定。再在SCN_(0.1)的O位掺杂微量电负性更大的F~-离子来提高电化学催化活性。全论文均采用高温固相合成方法制备了SCN_(0.1)、SCN_(0.2)及SCNF样品,采用旋转圆盘电极装置的叁电极法,对SCN_(0.1)、SCN_(0.2)及SCNF电极进行室温ORR/OER催化性能及稳定性测试;并将SCN_(0.1)及SCNF用作锌-空气电池的氧电极催化剂进行极化曲线和恒流放电等性能测试。采用叁电极法对SCN_(0.1)及SCNF电极进行高温电催化活性测试;最后还研究了不同操作条件下SCN_(0.1)的Cr沉积及电极毒化。论文借助X射线衍射和扫描电子显微镜等测试手段对样品成分及微观结构等作进一步研究。通过对SCN_(0.1)、SCN_(0.2)及SCNF电极的室温电化学测试,发现对SrCoO_3(SCO)进行Co位掺杂10%的Nb~(+5)得到SCN_(0.1)材料的ORR和OER催化活性及稳定性更佳。在SCN_(0.1)基础上进行O位F~-离子掺杂后得到SCNF材料的双功能催化活性,可逆性和稳定性更进一步提高。当将SCN_(0.1)和SCNF材料作为锌-空气电池和固体氧化物电池氧电极催化剂均展现出良好的催化性能,证明了二者在室温和中低温电池中的实际应用价值。综上所述SCN_(0.1)基复合氧电极催化剂具备很好的双功能催化活性及长期稳定性,但是它的抗Cr毒化能力较差,因此在作为SOFC阴极使用时要注意氧电极的保护,尽量避免Cr毒化现象。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2019-06-01）
李鹏章[2]（2018）在《La-Ni-O系双功能复合氧电极的制备及性能研究》一文中研究指出高温运行的可逆固体氧化物燃料电池(RSOFC)作为一种高效的能源转换和存储技术,不仅能通过固体氧化物燃料电池(SOFC模式)将燃料中的化学能转化为电能,而且可通过固体氧化物电解池(SOEC模式)将过剩电能转化为燃料中的化学能,实现能源的高效利用。室温运行的可充锌空电池由于能量密度高、环境友好等优点被视为一种具有发展潜力的能源装置。可逆电池的氧电极上主要发生两个重要的反应,即氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER),其动力学过程是制约可逆电池发展的重要因素。因此,兼具ORR和OER活性的高效双功能氧电极对于这些可逆电池性能的提升至关重要。本文以开发适用于高温RSOFC和室温可充锌空电池的高性能双功能氧电极材料为目的,重点研究了La-Ni-O系复合氧电极的共合成制备及其在高温和室温两种工作条件下的双功能氧电极活性,分析其性能增强机理。采用共合成法(CS)制备了镍酸镧-Ce_(1-x)-x La_x O_(2-δ)复合材料,对共合成过程中的成相机理进行分析,得到了由La_2NiO_(4+δ)(L2N1)、La_3Ni_2O_(7+δ)(L3N2)和La掺杂CeO_2(LDC)组成的叁相复合材料(L2N1-L3N2-LDC)。通过晶胞参数计算确定了L2N1-L3N2-LDC叁相复合材料中LDC的组成为Ce_(0.56)La_(0.44)O_(2-δ),为La-Ni-O系复合氧电极的共合成制备提供了参考依据。L2N1-L3N2-LDC电极变氧分压下的阻抗谱测试结果表明在600-700℃温区电荷转移过程为电极反应的速率控制步骤。L2N1-L3N2-LDC用于RSOFC氧电极在SOFC模式和SOEC模式下均显示出较好的电化学性能,主要是由于共合成复合材料颗粒尺寸小、混合均匀导致反应区域(3PB)的拓展。以L2N1-L3N2-LDC为氧电极的RSOFC进行SOFC/SOEC循环测试,结果表明L2N1-L3N2-LDC氧电极具有高效的可逆循环稳定性。为了研究合成方法对复合氧电极性能的影响,采用共合成法制备了L2N1和LDC两相复合样品(CS-L2N1-LDC),将CS-L2N1-LDC用于RSOFC氧电极在SOFC模式和SOEC模式均表现出比机械混合制备的复合氧电极更高的电化学性能。通过对共合成法制备复合氧电极性能增强机理的分析,阐释了共合成法制备的镍酸镧基复合材料用于RSOFC氧电极的可行性及优势。针对室温运行的可充锌空电池对高性能双功能氧电极的应用需求,制备了Sr、Co共掺杂的La_(1.7)Sr_(0.3)Co_(0.5)Ni_(0.5)O_(4+δ)(LSCN),分析了Sr、Co掺杂对样品结构和双功能活性的影响。与L2N1相比,LSCN的ORR和OER性能明显改善,并且LSCN表现出更高的本征活性,双功能活性的改善主要是归因于Ni/Co混合价态以及表面吸附的O_2~(2-)/O~-浓度。以LSCN双功能氧电极组装的一次锌空电池5次更换锌片后总放电时间达144 h,恒流放电过程中氧电极性能无明显衰退。以LSCN氧电极组装的可充锌空电池恒流充放电循环100圈(100 h)后,充放电电压差从1.07 V增加至1.26 V(仅增加0.19 V),显示了LSCN高效的双功能活性和稳定性。在La_(n+1)Ni_n O_(3n+1)(n=1,2,????)体系中,LaNiO_3(即n=?)具有最佳的双功能活性。为进一步改善其性能,采用共合成法制备了Ag/LaNiO_3复合材料。与LaNiO_3相比,Ag/LaNiO_3在0.1 M KOH溶液中表现出明显改善的双功能活性,归因于纳米Ag颗粒拓展了O_2的吸附区域以及Ag与LaNiO_3的紧密连接促进了反应过程中电子的快速传导。以Ag/LaNiO_3氧电极组装的一次锌空电池开路电压为1.43 V,并且在90 mA·cm~(-2)电流密度时达到最大功率密度60 mW·cm~(-2)。以Ag/LaNiO_3氧电极组装的可充锌空电池以10 mA·cm~(-2)电流密度循环充放电循环150圈后显示出较低的充放电电压差(1.02 V)及较好的充放电循环稳定性,验证了Ag/LaNiO_3高效的双功能活性。针对传统方法制备的NiFe合金存在颗粒尺寸大及稳定性差的问题,通过将LaNi_(0.5)M_(0.5)O_3(M=Fe,Co)、葡萄糖和尿素的复合粉体在高温下原位还原制备了由La_2O_3、NiM合金和氮掺杂碳纳米管(NCNTs)组成的复合材料(La_2O_3/NiFe-NCNTs和La_2O_3/NiCo-NCNTs)。纳米合金颗粒(NiFe和NiCo)生长在NCNTs的顶端,NCNTs穿插分布在复合样品表面和内部,改善了反应过程中电子传导以及反应速率,促进了ORR和OER反应的快速进行,尤其是La_2O_3/NiFe-NCNTs显示出最佳的双功能活性。以La_2O_3/NiFe-NCNTs为氧电极制备的可充锌空电池在经过100圈充放电循环之后表现出更低的充放电电压差(1.04 V),明显优于商业Pt/C(1.44 V),显示了La_2O_3/NiFe-NCNTs高效的双功能活性和稳定性。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2018-12-01）
水恒心,潘冯弘康,金田,胡军,刘洪来[3]（2018）在《双功能yolk-shell钴@钴氮碳掺杂氧电极催化剂》一文中研究指出以ZIF-67为模板,通过表面原位聚合多巴胺,与金属Co~(2+)发生强烈螯合,释放出有机配体,得到中空的金属-有机结构材料(Co-PDA)。通过900℃高温处理得到类似蛋黄(yolk-shell)结构的金属氮掺杂碳材料(Co@CoN/C)。这种特殊结构的材料具有优异的氧还原(ORR)和析氧反应(OER)电催化活性,在0.1 mol/L KOH电解液中,其ORR的半波电位为0.81 V,Tafel斜率为60 mV/dec;在电流密度为10 m A/cm~2时,其OER过电位为390 mV,Tafel斜率为71 mV/dec,总的氧电极催化活性为0.82 V,是一种优良的双功能氧电极催化剂。(本文来源于《化工学报》期刊2018年11期）
尹航[4]（2018）在《Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)基双功能氧电极的表面修饰及电催化性能研究》一文中研究指出随着对清洁可持续能源需求的不断增长,开发可再生能源技术成为了现代社会的一项挑战。金属-空气电池是一种高效清洁环保的能源转换与存储设备。但是金属-空气电池空气电极处较高的过电位和能量损失严重限制了它的广泛应用。因此氧电极催化剂在金属-空气电池的设计中扮演了重要的角色。本论文研究的主要材料即钙钛矿型氧电极催化剂Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)。制备复合氧电极催化剂被报道是一种提高双功能催化活性的有效方式,本文使用钴和铁的氧化物对钙钛矿型材料BSCF进行表面修饰,制备复合氧电极催化剂,提高复合氧电极催化剂的比表面积和导电性,并且在两种催化剂成分之间产生协同效应,使得催化剂的双功能性均得到了提高。本论文采用溶胶-凝胶法以及浸渍法成功制备了BSCF基双功能复合氧电极催化剂。通过XRD、SEM对样品的物质结构和表面形貌进行研究;通过旋转圆盘电极装置及电化学工作站,采用叁电极法对BSCF基双功能复合氧电极催化剂的电催化活性进行测试,并对制备复合氧电极催化剂的最佳工艺进行了探究;最后将所制备的催化剂应用到自制锌-空气电池的空气电极当中,对锌-空气电池进行放电和循环充放电性能测试。通过对样品进行SEM测试,可以发现Co3O4已经比较均匀的修饰在了BSCF催化剂的表面。通过对样品进行电化学性能测试,确定了复合氧电极催化剂的ORR及OER催化活性均有所提高,确定了工艺上的最佳煅烧温度为400℃,最佳Co3O4担载量为5%。并且通过实验证实Fe OOH的修饰可以提高BSCF的ORR催化活性。复合氧电极BSCF对应用了复合氧电极催化剂的锌-空气电池进行了放电以及循环充放电测试,结果表明BSCF基复合氧电极催化剂具有很好的双功能催化活性及长期稳定性。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2018-06-01）
乔艳婷[5]（2018）在《氮掺杂碳材料作为金属空气电池氧电极双功能催化剂的性能研究》一文中研究指出经济快速发展和工业化引起了对能源可用性和环境污染的担忧,能源的可持续供应需要新型的清洁能源技术。作为最具发展前景的电化学储能设备,金属空气电池因具有高的能量密度和转换效率而受到极大关注。氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)是金属空气电池氧电极的中心反应,但其迟缓的动力学过程使得金属空气电池的效率较低。所以,阴极催化剂的改进仍然是其应用的挑战。适用于氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)的双功能催化剂能有效的改善金属空气电池的性能。因此,迫切需求研发高效合适的双功能性催化剂来促进金属空气电池的发展。氮掺杂碳材料在碱性电解液中表现出优异的电催化活性,被认为是具有发展前景的催化剂。基于此,本文合成了几种氮掺杂碳材料,围绕其作为双功能催化剂这一课题进行了以下工作:(1)Ag/NC作为金属空气电池阴极催化剂的制备及其催化性能研究。采用尿素和蔗糖作碳源和氮源,简单的一步原位热解方法,制备了银,氮掺杂碳纳米片催化剂(Ag/NC)。结构表征分析得出Ag和N成功掺入了材料中。电化学测试表明,Ag/NC在碱性介质中展现出优异的ORR催化活性,动力学参数确定其为4电子(4e~-)还原路径。这归因于其具有较大的电化学活性面积(ECSA),以及银颗粒和吡啶氮物种间的协同效应。此外,Ag/NC显示出比商业化Pt/C更好的抗甲醇性和稳定性。(2)Co@Co_3O_4-N/C双功能催化剂的合成及催化性能研究。以尿素和甲醛的缩聚产物为基底物,采用直接高温碳化和原位氧化方法合成了Co@Co_3O_4-N/C催化剂。XRD、TEM、XPS等表征显示了Co@Co_3O_4具有独特的核壳结构。电化学性能测试揭示了样品Co@Co_3O_4-N/C对ORR和OER具有高效的催化活性,以及优异的ORR稳定性和良好的抗甲醇干扰能力。高的双功能催化活性归因于大量的活性位点以及Co@Co_3O_4与掺杂碳的氮原子之间的协同效应。此外,Co@Co_3O_4-N/C的ΔE值较小,表明其有较好的氧电极催化活性。(3)CoFe-N/C双功能催化剂的制备及其催化性能研究。用稳定晶型氯化钠作模板,乙二胺四乙酸二钠为前驱体,采用水热和高温热解相结合的方法,制备了不同温度下的钴、铁双金属掺杂氮/碳催化剂(CoFe-N/C)。氮气吸脱附测试结果表明700 ~oC热解得到的材料比表面积较大,且具有介孔结构。经电化学测试发现,CoFe-N/C-700催化剂在碱性条件下表现出较好的ORR和OER催化性能。这归因于金属Co、Fe与N结合形成大量活性位点,及金属Co、Fe和氮物种间的协同效应。CoFe-N/C-700催化剂在抗甲醇性能和稳定性方面更为表现突出。此外,对比不同温度催化剂的活性,得出CoFe-N/C-700有较小的ΔE值,即,CoFe-N/C-700具有较好的氧电极催化性能。(本文来源于《山西师范大学》期刊2018-06-01）
王溦[6]（2018）在《锰基复合材料的氧电极双功能电催化研究》一文中研究指出贵金属基氧催化剂高昂的价格和较低的稳定性,是制约燃料电池和金属空气电池等新能源设备进一步发展的瓶颈。尤其是对于一体式可再生燃料电池和二次金属空气电池,寻找高效且低廉的新型双功能氧催化剂对这二者的发展有着重要意义。在诸多选项中,非贵过渡金属基催化剂以其丰富的储量和较高的催化活性受到了研究者的广泛关注,其中锰基氧催化剂更是以低廉、低毒和较好的析氧反应(OER)催化活性着称。可是锰基催化剂的氧还原(ORR)活性欠佳,也因此限制了其在双功能氧催化剂上的进一步使用。本论文以锰基催化剂为研究对象,通过构筑不同的复合形式来提升其氧还原催化活性,同时还对复合体氧还原性能提升的原理进行了初步研究,也将制备的催化剂进行氧还原和析氧反应双功能催化的测试,为其他非贵过渡金属基双功能氧催化剂的设计和开发展示了新的道路。本论文的主要研究内容在于以下几个方面:(1)以柠檬酸为配体和碳源,通过湿法球磨制备锰基催化剂前驱体,经过高温处理后得到M/MnO/C(M=Co、Ni、Cu)的复合体材料。测试不同钴锰复合比例以及将钴替换为镍、铜后所得催化剂的氧还原催化活性,并基于最佳条件对催化剂材料进行双功能氧催化的测试。最终发现当Co/Mn比例为1:8时材料具有最佳氧还原活性,其半波电位为0.819 V。并对性能提升的原理进行初步探讨,所得结果可以为其他复合催化剂的设计提供思路。(2)由于在前一章中所得的材料性能相对铂碳催化剂尚有较明显的差距,并且其稳定性也不是十分理想。为了进一步提升催化性能,以N-甲基-D-葡糖胺为氮源和碳源,通过溶剂热的合成手段制备锰基催化剂前驱体,经过高温处理后得到Co/MnO/N-C复合体,其氧还原活性和稳定性由于氮掺杂碳的存在而得到了进一步的提升。对催化剂材料进行双功能氧催化的测试,结果表明Co/MnO/N-C可以作为一种双功能氧催化剂,氧还原半波电位为0.822 V,析氧过电位为379 mV。并且这种合成方法也可以拓展到其他非贵过渡金属基催化剂的合成,因而具有一定的意义。(3)前一章通过构筑氮掺杂碳的复合,缩小了所得材料与铂碳催化剂之间的活性差距,然而锰氧化物始终不是最为理想的锰基材料,并且上一章使用的溶剂热也是一种较为极端合成手段。基于以上几点,以二氰二胺为氮源和碳源,通过湿法球磨制备锰基催化剂前驱体,经过高温处理后得到Co/Mn_4N/N-CNTs复合体。利用钴催化产生的氮掺杂碳纳米管缠缚住Mn_4N,形成特殊构造的复合体,相比起锰氧化物进一步提升了其氧还原催化活性,半波电位为0.825V。同时探究了煅烧温度和所加入金属物质对最终形成材料的物相和形貌的影响,确定了形成复合体所需要的条件。对催化剂材料进行双功能氧催化的测试,结果表明Co/Mn_4N/N-CNTs复合体是一种较好的双功能氧催化剂。(本文来源于《华中科技大学》期刊2018-05-01）
刘青[7]（2017）在《过渡金属氧化物作为金属空气电池氧电极双功能催化剂的性能研究》一文中研究指出全球范围内能源需求的逐步增长以及生态环境的日益恶化,推动了可持续能源转换和存储技术的快速发展。金属空气电池作为一种新型的电池体系,因其高能量密度,低成本以及环境友好等优点已然引发众多科研工作者的关注。然而,氧电极缓慢的电化学反应动力学阻碍其商业化道路。因此,研究开发具备氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)活性的双功能催化剂成为关键因素。基于以上问题,本文主要制备了叁种以过渡金属氧化物为主的复合材料,并研究其作为金属空气电池氧电极双功能催化剂的催化活性,主要内容如下:首先,以活性碳为基底利用一步溶剂热法首次合成Ag-CoFe_2O_4/C纳米复合材料。所制备的Ag-CoFe_2O_4/C纳米复合材料在碱性溶液中表现出良好的ORR和OER催化活性。这是因为CoFe_2O_4的加入阻碍了Ag纳米颗粒的团聚,使复合材料表面暴露出更多的活性位点。与此同时,Ag与CoFe_2O_4之间产生的电子效应也促进了Ag-CoFe_2O_4/C纳米复合材料电化学性能的提升。此外,Ag-CoFe_2O_4/C催化剂表现出较好的抗甲醇能力以及稳定性。其次,采用溶剂热法制备MnO_2-CoFe_2O_4/C纳米复合材料。经过电化学测试发现,MnO_2-CoFe_2O_4/C催化剂具有比MnO_2/C、CoFe_2O_4/C以及MnO_2/C+CoFe_2O_4/C(机械混合)都要好的ORR和OER催化活性。此外,通过对不同质量比的MnO_2-CoFe_2O_4/C的催化活性进行比较,可以得出,当MnO_2与CoFe_2O_4的质量比为1:1时,其ΔE值最小,即MnO_2-CoFe_2O_4/C(1:1)具有最好的氧电极催化活性。最后,经过两步水热法合成以MnOOH纳米棒为基底的CoMn_2O_4/MnOOH纳米复合材料。其中,MnOOH不仅作为载体,还为合成CoMn_2O_4提供锰源。经测试可得,CoMn_2O_4/MnOOH具有较高的电化学活性面积(ECSA),这为氧还原反应提供更多的活性位点。同时,CoMn_2O_4与MnOOH的之间产生的协同效应也对ORR性能有促进作用。此外,CoMn_2O_4/MnOOH复合材料在碱性条件下表现出较好的OER催化性能,并且在抗甲醇能力以及稳定性方面都有出色表现。而且,较小的ΔE值说明CoMn_2O_4/MnOOH具备作为氧电极双功能催化剂的潜能。(本文来源于《山西师范大学》期刊2017-05-25）
刘晓林[8]（2017）在《杂原子掺杂碳基材料氧电极双功能催化剂及其电化学性能研究》一文中研究指出随着气候变暖和化石燃料供给日益衰竭迫使人类研发各种清洁能源,燃料电池、水电解、金属-空气电池等各种清洁能源转化技术成为了各国基础研究和应用研究的热点。氧电极催化剂是制约燃料电池和水电解技术商业化的主要瓶颈之一。目前,燃料电池阴极氧还原反应(ORR)用催化剂主要为贵金属Pt及其合金催化剂,电解水装置阳极氧析出反应(OER)用催化剂主要为贵金属RuO2、IrO2基催化剂。目前广泛采用的氧电极贵金属基催化剂(如铂基、钌基、铱基等)高昂的价格和有限的储量,己成为制约上述新能源转化技术实际应用的瓶颈。因此,发展高效、廉价、稳定、选择性好的氧电极催化剂将有力推动清洁能源设施的实用化。基于此,本文控制合成了一系列价格低廉,催化活性高,稳定性好的杂原子掺杂氧电极催化剂。本论文以叁聚氰胺和多巴胺等富氮化合物为主要原料,以海藻酸钠为碳基材料的前驱体制备了一系列掺杂的碳基催化剂,分别深入研究了不含金属的掺杂碳基催化剂结构和性能;过渡金属钴、氮共掺杂碳基催化剂的结构和性能;金属钴和叁聚氰胺及硫醇多巴胺在该系列催化剂中所起的促进作用;以及过渡金属和氮硫共掺杂时对催化剂性能与结构的影响。首先,高温热解海藻酸钠、尿素以及硫脲的复合物制备了氮硫双掺杂的碳基催化剂,记为N/S-C。探究了温度、负载量并通过XRD、SEM、XPS以及旋转圆盘电极对其性能的测试,结果表明在800℃时为最佳的碳化温度,氮硫双掺杂二者相互作用增加活性位点,OER的起始电位23 mv,与贵金属IrO2催化剂的催化活性相近,当电流密度为10mA/cm~2时,其电位值仅为1.49V,其ORR的起始电位0.86V,极限扩散电流密度为-5.83 mA/cm~2,在滴加甲醇溶液中经过9h的测试,其起始电位和电流密度衰减程度较小,则其甲醇耐受性性较稳定。其次,高温热解海藻酸钠、叁聚氰胺、六水合氯化钴复合物制备含过渡金属钴氮掺杂的碳基催化剂,记为Co/N-C。分别对其温度、负载量进行了考察,并通过XRD、SEM、BET、XPS进行材料表征,实验结果表明金属钴掺杂在氮掺杂的碳基材料其催化活性较好稳定性较高,OER的起始电位190mv,当电位为1.55V时其电流密度为30.2mA/cm~2,其ORR的起始电位0.88V,极限扩散电流密度为-6.01mA/cm~2,经过7h测试之后,其电流密度仅衰减了6%左右。最后,将多巴胺溶液、硫醇和配置好的海藻酸钠溶液混合制备钴氮硫多掺杂的碳基催化剂,记为N/S/Co-C,形成了含有金属钴水凝胶,在经过冷冻干燥后形成气凝胶,再通过在氮气的氛围下高位煅烧形成碳气凝胶,NS的协同作用使其更多的活性位点暴露在外面,当加入了过度金属钴其催化活性得以提高,OER的起始电位220mv,当电流密度等于10mA/cm~2,时,其电位值为1.44V,其ORR的起始电位0.89V,极限扩散电流密度为-5.9mA/cm~2。(本文来源于《青岛科技大学》期刊2017-04-20）
张御妹[9]（2016）在《基于类水滑石的纳米复合物及其在双功能氧电极中的催化应用》一文中研究指出随着气候的不断恶化和化石资源的持续消耗,探索与发展新型清洁能源已成为当今社会重要的科学话题。能源转换与贮存过程中的氧电极反应,即氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER),是制约燃料电池和电解水技术发展的瓶颈之一,为此人们不断探求着高效的氧电极反应催化材料。类水滑石(LDH)又称层状双金属氢氧化物,具有双金属种类可调性、层间阴离子可交换性和结构记忆等特性。基于这些特性,本论文分别使用原位生长法、煅烧复原法和静电组装法,将LDH分别与石墨烯、氮化碳复合制备了基于LDH的纳米复合催化剂,并研究了它们在氧电极反应中的双功能催化性能。主要内容如下:1.水热条件下,通过在反向胶束内给予碱源和金属盐,实现了NiFe-LDH在氧化石墨烯(GO)基底上的原位生长,经移除模板和还原处理,得到了类球状的还原GO-LDH,记做rGO-LDH;其中rGO作为导电基底,可显着增强复合物的导电能力;该催化剂修饰电极的OER起始过电位仅为240 mV,与贵金属RuO2催化剂所得值相当,当电位为1.530 V时,电流密度高达32.388 mA/cm2,其ORR起始电位约为0.796 V,极限扩散电流约为-3.845 mA/cm2,在甲醇混合液中,其电流密度损失不足10%。2.还原条件下,将氮化碳(C3N4)纳米片组装在GO-LDH复合物上,得到了表面粗糙度显着增大的氮掺杂的rGO-LDH,记为NG-LDH;其中rGO可显着增强复合物的导电能力,氮掺杂造成的结构缺陷,不但增大了复合物的比表面积,还赋予其一定的ORR催化能力;该催化剂修饰电极的OER起始过电位为256 mV,虽然相较于未氮掺杂的rGO-LDH催化剂增加了16 mV,但在1.530 V时,其电流密度高达42.636 mA/cm2,是纯NiFe-LDH的9倍,远高于未掺杂的rGO-LDH(32.388 mA/cm2),其ORR起始电位正移至0.853 V,半波电位约为0.802 V,显着高于传统层状材料,在甲醇混合液中,其电流密度损失不足8%。3.将CoFe-LDH的煅烧产物于GO的水溶液中复原,在还原条件下进行氮掺杂,得到了具有一定结构缺陷的氮掺杂rGO/LDH,记为NG/LDH;该复合物中LDH六角片呈多方向铺展状,C3N4纳米片组装在rGO薄片和LDH纳米片上,增大了比表面积,而rGO增强了催化剂的导电能力;该催化剂修饰电极的OER起始过电位约为244 mV,在1.530 V时其电流密度约为14.371 mA/cm2,是纯CoFe-LDH的7倍,其ORR极限扩散电流密度高达-5.222 mA/cm2,接近于20 wt%的Pt/C修饰电极,在甲醇混合液中,能够维持原有的ORR电流强度。4.在甲酰胺中,NiFe-LDH纳米片与GO片层通过静电引力自组装为GO-LDH,再将氨基离子液体(NH2-IL)共价修饰在GO上,得到了离子液体修饰GR-LDH,记做IL-GR-LDH;NH2-IL的共价修饰不但增强了复合物的分散稳定性和亲水能力,还改善了催化剂的导电能力;该催化剂修饰电极的OER起始过电位约为282mV,在1.530 V时其电流密度约5.998 mA/cm2,是纯NiFe-LDH的5倍,其ORR起始电位正移至0.742 V,半波电位为0.661 V,在甲醇混合液中,其电流密度下降不足0.08%。(本文来源于《青岛科技大学》期刊2016-04-10）
吴益鑫[10]（2016）在《钙钛矿型氧化物LaNiO_3作为双功能氧电极的改性研究》一文中研究指出本论文选取钙钛矿型氧化物LaNiO3为研究对象。采用溶胶-凝胶法合成钙钛矿氧化物LaNiO3 (LNO),并对其进行氮掺杂制备(LaNiO3)-N (LNON)催化剂,以及与g-C3N4复合制备g-C3N4-LaNiO3 (CNL)复合催化剂改善其电催化性能。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、场发射透射电子显微镜(TEM)和X-射线光电子能谱仪(XPS)对所制备催化剂进行表征。采用旋转圆盘电极技术,测试制备样品在碱性电解液中催化氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)的性能。同时研究了制备样品在有机电解液锂-空气电池中的充放电催化性能。XC-72 carbon、LNO及LNON催化剂在氧气饱和的碱性电解液中ORR及OER的极化曲线表明,XC-72 carbon、LNO、LNON/2H、LNON/6H、LNON/4H的催化活性逐渐提高；且根据列维奇曲线结果,各催化剂材料的反应电子数n也以此顺序逐渐增大。LNON/4H的反应电子数为3.91,接近于在碱性电解液中的直接4电子反应；LNON/4H、LNO、XC-72 carbon催化剂在有机电解液锂-空气电池中首次放电比容量为分别为5900 mAh/g、200 mAh/g及3300 mAh/g,且LNON/4H的过电压最低,同时LNON催化剂材料表现出较好的充放电循环性能。根据XPS图谱分析,N掺杂后,在LNON催化剂的表面存在较多的吸附氧,表明氧空位的含量增加；同时,与LNO相比LNON/4H的Ni2+含量减少,高氧化态的Ni3+含量增加,说明N掺入LNO晶格中促进了Ni3+的形成。LNON催化剂ORR及OER电催化活性的提高,与其表面较高的氧空位及Ni3+含量有关。对于x wt.%CNL (x=0、5、10、20、30)复合催化剂,各催化剂在碱性电解液中ORR及OER的极化曲线表明表明,XC-72 carbon、g-C3N4、LaNiO3、30 wt.% CNL、 5wt.% CNL、20wt.% CNL、10 wt.% CNL的催化活性逐渐提高；各催化剂材料的的反应电子数n也以此顺序逐渐增大。10 wt.% CNL的反应电子数为3.86接近于在碱性电解液中的直接4电子反应；XC-72 carbon、g-C3N4、LaNiO3、10 wt.% CNL催化剂材料在有机电解液锂空气电池中的充放电曲线表明,10 wt.% CNL的首次放电比容量为5500 mAh/g,明显高于LaNiO3 (4600 mAh/g)和XC-72 carbon (3600 mAh/g),且10 wt.% CNL的过电压最低,同时10 wt.% CNL的充放电循环较为稳定。XPS图谱分析表明,随着CNL中g-C3N4含量的增加,催化剂表面Ni3+及吸附的-OH含量随之增加,催化剂表面较高的Ni3+含量及较多的-OH对ORR与OER的进行有利。(本文来源于《合肥工业大学》期刊2016-04-01）
双功能氧电极论文开题报告
（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：
高温运行的可逆固体氧化物燃料电池(RSOFC)作为一种高效的能源转换和存储技术,不仅能通过固体氧化物燃料电池(SOFC模式)将燃料中的化学能转化为电能,而且可通过固体氧化物电解池(SOEC模式)将过剩电能转化为燃料中的化学能,实现能源的高效利用。室温运行的可充锌空电池由于能量密度高、环境友好等优点被视为一种具有发展潜力的能源装置。可逆电池的氧电极上主要发生两个重要的反应,即氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER),其动力学过程是制约可逆电池发展的重要因素。因此,兼具ORR和OER活性的高效双功能氧电极对于这些可逆电池性能的提升至关重要。本文以开发适用于高温RSOFC和室温可充锌空电池的高性能双功能氧电极材料为目的,重点研究了La-Ni-O系复合氧电极的共合成制备及其在高温和室温两种工作条件下的双功能氧电极活性,分析其性能增强机理。采用共合成法(CS)制备了镍酸镧-Ce_(1-x)-x La_x O_(2-δ)复合材料,对共合成过程中的成相机理进行分析,得到了由La_2NiO_(4+δ)(L2N1)、La_3Ni_2O_(7+δ)(L3N2)和La掺杂CeO_2(LDC)组成的叁相复合材料(L2N1-L3N2-LDC)。通过晶胞参数计算确定了L2N1-L3N2-LDC叁相复合材料中LDC的组成为Ce_(0.56)La_(0.44)O_(2-δ),为La-Ni-O系复合氧电极的共合成制备提供了参考依据。L2N1-L3N2-LDC电极变氧分压下的阻抗谱测试结果表明在600-700℃温区电荷转移过程为电极反应的速率控制步骤。L2N1-L3N2-LDC用于RSOFC氧电极在SOFC模式和SOEC模式下均显示出较好的电化学性能,主要是由于共合成复合材料颗粒尺寸小、混合均匀导致反应区域(3PB)的拓展。以L2N1-L3N2-LDC为氧电极的RSOFC进行SOFC/SOEC循环测试,结果表明L2N1-L3N2-LDC氧电极具有高效的可逆循环稳定性。为了研究合成方法对复合氧电极性能的影响,采用共合成法制备了L2N1和LDC两相复合样品(CS-L2N1-LDC),将CS-L2N1-LDC用于RSOFC氧电极在SOFC模式和SOEC模式均表现出比机械混合制备的复合氧电极更高的电化学性能。通过对共合成法制备复合氧电极性能增强机理的分析,阐释了共合成法制备的镍酸镧基复合材料用于RSOFC氧电极的可行性及优势。针对室温运行的可充锌空电池对高性能双功能氧电极的应用需求,制备了Sr、Co共掺杂的La_(1.7)Sr_(0.3)Co_(0.5)Ni_(0.5)O_(4+δ)(LSCN),分析了Sr、Co掺杂对样品结构和双功能活性的影响。与L2N1相比,LSCN的ORR和OER性能明显改善,并且LSCN表现出更高的本征活性,双功能活性的改善主要是归因于Ni/Co混合价态以及表面吸附的O_2~(2-)/O~-浓度。以LSCN双功能氧电极组装的一次锌空电池5次更换锌片后总放电时间达144 h,恒流放电过程中氧电极性能无明显衰退。以LSCN氧电极组装的可充锌空电池恒流充放电循环100圈(100 h)后,充放电电压差从1.07 V增加至1.26 V(仅增加0.19 V),显示了LSCN高效的双功能活性和稳定性。在La_(n+1)Ni_n O_(3n+1)(n=1,2,????)体系中,LaNiO_3(即n=?)具有最佳的双功能活性。为进一步改善其性能,采用共合成法制备了Ag/LaNiO_3复合材料。与LaNiO_3相比,Ag/LaNiO_3在0.1 M KOH溶液中表现出明显改善的双功能活性,归因于纳米Ag颗粒拓展了O_2的吸附区域以及Ag与LaNiO_3的紧密连接促进了反应过程中电子的快速传导。以Ag/LaNiO_3氧电极组装的一次锌空电池开路电压为1.43 V,并且在90 mA·cm~(-2)电流密度时达到最大功率密度60 mW·cm~(-2)。以Ag/LaNiO_3氧电极组装的可充锌空电池以10 mA·cm~(-2)电流密度循环充放电循环150圈后显示出较低的充放电电压差(1.02 V)及较好的充放电循环稳定性,验证了Ag/LaNiO_3高效的双功能活性。针对传统方法制备的NiFe合金存在颗粒尺寸大及稳定性差的问题,通过将LaNi_(0.5)M_(0.5)O_3(M=Fe,Co)、葡萄糖和尿素的复合粉体在高温下原位还原制备了由La_2O_3、NiM合金和氮掺杂碳纳米管(NCNTs)组成的复合材料(La_2O_3/NiFe-NCNTs和La_2O_3/NiCo-NCNTs)。纳米合金颗粒(NiFe和NiCo)生长在NCNTs的顶端,NCNTs穿插分布在复合样品表面和内部,改善了反应过程中电子传导以及反应速率,促进了ORR和OER反应的快速进行,尤其是La_2O_3/NiFe-NCNTs显示出最佳的双功能活性。以La_2O_3/NiFe-NCNTs为氧电极制备的可充锌空电池在经过100圈充放电循环之后表现出更低的充放电电压差(1.04 V),明显优于商业Pt/C(1.44 V),显示了La_2O_3/NiFe-NCNTs高效的双功能活性和稳定性。
（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。
双功能氧电极论文参考文献
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[3].水恒心,潘冯弘康,金田,胡军,刘洪来.双功能yolk-shell钴@钴氮碳掺杂氧电极催化剂[J].化工学报.2018
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[6].王溦.锰基复合材料的氧电极双功能电催化研究[D].华中科技大学.2018
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[8].刘晓林.杂原子掺杂碳基材料氧电极双功能催化剂及其电化学性能研究[D].青岛科技大学.2017
[9].张御妹.基于类水滑石的纳米复合物及其在双功能氧电极中的催化应用[D].青岛科技大学.2016
[10].吴益鑫.钙钛矿型氧化物LaNiO_3作为双功能氧电极的改性研究[D].合肥工业大学.2016
标签：钙钛矿; 掺杂; ORR; OER双功能催化活性; 稳定性;