基电催化剂论文_姚俊杰,唐佳易,杨志娟,陈建,孙迎辉

导读:本文包含了基电催化剂论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:催化剂,基材,结构,纳米材料,电池,金属,材料。

基电催化剂论文文献综述

姚俊杰,唐佳易,杨志娟,陈建,孙迎辉^[1]（2019）在《电解水制氢中钌基电催化剂的研究进展》一文中研究指出能源枯竭引发了寻找替代能源的热潮,氢气作为一种清洁能源引起了人们的广泛关注,尤其关注于电解水制取氢气,因此开发高效、稳定、廉价的电解水析氢的催化剂就成为研究热点。本文综述了铂(Pt)族元素中最便宜的钌和钌基材料作为高效电催化剂在电解水析氢反应中的研究进展,展望了钌和钌基材料在电解水析氢反应中的产业化应用前景。(本文来源于《电池工业》期刊2019年03期）

惠兰^[2]（2019）在《石墨炔基电催化剂的可控制备及催化性能研究》一文中研究指出石墨炔(graphdiyne,GDY)是一种由sp和sp~2两种杂化碳构成的新型碳同素异形体。在石墨炔结构中,1,3-二炔键通过共价链接苯环形成单原子层厚度的二维平面网络结构。基于其特殊的化学结构和电子结构,石墨炔展现出诸多奇特性质,例如,丰富的碳化学键、天然的孔洞结构、高共轭性、天然带隙、以及化学和热稳定性等。这些独特性质使石墨炔在催化、能源、电子等领域展现出巨大的应用潜力和广阔的应用前景。本论文以二维石墨炔为中心,利用石墨炔独特的化学结构和电子结构性质、及其可以在任意基底表面可控合成的性质,从石墨炔的可控合成出发,通过合理设计和精细调控,发展了可控制备石墨炔基异质结构材料的新方法,制备了多种形貌结构可调的石墨炔基异质结构材料,解决了电催化过程中无机纳米催化剂本征活性差、稳定性差等问题,并成功将所制备的石墨炔基异质结构催化剂应用于电催化产氢、电催化产氧等领域中。同时,结合理论计算,重点详细地研究了其电化学性质和电催化反应机理。本论文主要包括以下几个部分内容:第一章,着重阐述了石墨炔的发展历史。从石墨炔的化学结构到电子结构出发,讲述了石墨炔的基本性质;随后重点讲述了石墨炔的合成,并概述了石墨炔基新材料在催化、能源转化和存储材料研究方面取得的重要研究成果。第二章,成功制备出具有多活性中心、多功能的单晶类水滑石材料,对其形貌和结构性质进行了详细的表征。通过电催化解水,对其电催化性能进行了评价。研究表明,对活性中心元素种类及含量的调控,可以对催化剂的形貌以及结构进行有效调节,从而使其性能得到显着改善。此外,通过实验和理论计算相结合明确了其催化水解的机理。第叁章,通过对纯类水滑石结构可控地进行非金属元素掺杂的策略,实现了对催化剂结构、形貌的进一步精确调控,显着提升其催化活性和稳定性。详细的XPS、XRD等结构分析结果和密度泛函理论计算结果共同显示,非金属元素的掺杂可以显着提高催化剂的电荷转移能力,从而增强其反应活性,同时增加其反应稳定性。最佳比例得到的材料表现出优异的性能,例如,电流密度10 mA cm~(-2)时的析氢为68 mV,析氧电位为208 mV。被用作全水解的双功能电极时,在1.44V的极低电池电压下电流密度即达到10 mA cm~(-2),在100 mA cm~(-2)下稳定长达80小时而无衰减。第四章,利用石墨炔可在任意基底表面原位生长的特性,发展了一种原位插层-剥离类水滑石纳米片的方法,首次实现了对自支撑类水滑石纳米片的原位插层—剥离,并构筑了叁维“石墨炔—层状双金属氢氧化物—石墨炔”叁明治结构纳米片阵列电极(e-ICLDH@GDY/NF)。研究表明,相对于单独的LDH和GDY催化剂,e-ICLDH@GDY/NF具有更为优异的电催化HER、OER和全水解反应活性和稳定性,并通过对复合材料结构的可控调控实现了对电极性能的调控。第五章,成功地在泡沫镍集流体上构筑了超薄石墨炔(GDY)包覆的碱式碳酸铁(FeCH)纳米片阵列电极。研究结果显示,作为叁维集成电极,其在碱性电解液中表现出优秀的析氢反应(HER)、析氧反应(OER)活性和稳定性。同时,基于该催化剂的全水解电解池展现出良好的反应活性(仅需1.49 V电池电压即可驱动10 mA cm~(-2)的全水解电流密度)和稳定性。第六章,发展了一种调控二硫化钼晶相的方法,通过在硫化钼纳米片表面原位生长石墨炔纳米片结构,实现了二硫化钼从2H到1T相的转变,显着增加了体系导电性,降低了氢吸附自由能,进而提升了其本征催化活性。电化学研究结果显示,所制备的石墨炔包覆二硫化钼纳米片阵列电极,在全pH(0~14)范围内都有优异的HER活性和稳定性。尤其是在碱性(pH=14)条件下,该电极的HER活性超过20 wt.%Pt/C;同时瞬态光电流是纯二硫化钼的45.7倍。第七章,本论文的总结与展望。(本文来源于《新疆大学》期刊2019-06-01）

李莎莎^[3]（2019）在《钴基电催化剂的结构设计、合成及其电催化性能》一文中研究指出传统化石能源的过渡开采与使用导致能源危机与环境污染问题日益突出。作为新型清洁能源转换体系,氢燃料电池、金属-空气电池、电解水制氢等引起广泛关注。在这些转化过程中,涉及的主要反应过程为氧还原反应、氧析出反应、氢析出反应等。而这些反应主要依靠电催化剂来提高其化学反应速率、能量转换效率和产物选择性。目前,贵金属作为高效的电催化剂,昂贵的成本和稀缺的资源限制了其在清洁能源领域的广泛应用。因此,开发低价、高效和稳定的非贵金属电催化剂成为该领域必需解决的问题。本论文以提高电催化性能为目标,对材料的微观结构进行设计调控,使其暴露更多的电催化活性位点。开发与构筑一系列新型高效稳定的非贵金属钴基电催化剂,并应用于金属-空气电池和电解水。主要内容如下:(1)以一种新型富含氮硫的钴基金属有机框架(Co-MOFs)材料负载于多壁碳纳米管(MWCNTs)作为前驱体,在氮气氛围中高温热解制备了氮硫共掺杂碳层包裹金属钴纳米颗粒,并将其负载于MWCNTs表面制得Co@NSC/MWCNTs催化剂。电化学研究表明,该催化剂在碱性电解质中展现出优异的氧还原(ORR)电催化性能。ORR起始电位、半波电位和极限电流密度分别为0.843 V、0.782 V(vs.RHE)和5.49 mA cm~(-2)(在0.5 V vs.RHE,1600 rpm),并表现出比商业20 wt.%Pt/C催化剂更高的抗甲醇干扰能力、耐一氧化碳中毒性和长时间的循环稳定性。N、S掺杂碳层位点与Co-N_x活性位点协同作用显着提高了催化剂的ORR电催化活性,且碳层包裹金属Co纳米颗粒增强了其稳定性,但碳层的厚度控制有待提高。(2)以酞菁钴(CoPc)、酞菁铁(FePc)为金属源以及叁聚氰胺为氮源,并负载于碳纳米管(CNTs)作为前驱体,在氮气氛围中高温热解制备了氮掺杂超薄碳层(1~3层石墨碳层)包裹FeCo合金纳米颗粒,并将其负载于氮掺杂CNTs表面制得Fe_(1.2)Co@NC/NCNTs催化剂。实现了超薄碳层包裹金属纳米颗粒,可促进电子从金属向碳层的转移,有效调节碳层的电子结构,激发其电催化活性,同时有效避免了强酸碱等苛刻环境对金属的腐蚀。催化剂中FeCo合金的负载量仅为6.7 wt.%,但在碱性电解质中该催化剂表现出优异的双功能ORR/OER电催化性能。ORR起始电位、半波电位分别为0.842 V、0.82 V(vs.RHE)。当电流密度为10 mA cm~(-2)时,OER过电位为355 mV。将其应用于金属锌-空气电池,表现出优异的充放电性能与循环稳定性,且在柔性可穿戴电子设备中具有潜在的应用价值。(3)采用水热法和电化学沉积法制备了叁维多孔结构的CoNi/CoFe_2O_4/NF电极材料。电化学测试表明,该电极材料在碱性电解质中表现出优异的OER/HER双功能电催化性能。当电流密度为10和1000 mA cm~(-2)时,OER过电位分别为230(±2)和360(±5)mV。HER过电位为82(±3)mV(电流密度为10 mA cm~(-2)时)。将其作为阴极和阳极材料进行全电解水测试,当电流密度为10和100mA cm~(-2)时所需水分解电压分别为1.57和1.75 V,并且可以保持48h全水解性能不衰减。在全电解水产氢和产氧的过程中,其法拉第效率高于99%。该电极材料具有叁维多孔结构,易暴露更多的电催化活性位点,同时促进了电极材料与电解液的有效接触,有利于电子和离子的快速转移,显着提高了其OER/HER电催化活性。(4)采用两步水热合成法制备了核壳结构的CoS_2@MoS_2/CP电极材料。电化学测试表明,该电极材料在全pH范围电解质中表现出优异的HER电催化性能。当电流密度为10 mA cm~(-2)时,在酸性、中性、碱性电解质中,所需HER过电位分别为69、145和82 mV,且具有较高的HER电催化稳定性。在电解水制氢过程中的法拉第效率可达97%以上。该电极材料提供了大量的界面缺陷活性位点,CoS_2和MoS_2两相间的协同作用以及界面间高效的电子转移,有利于氢中间体的吸附,从而显着提高了电极材料的HER电催化活性。(本文来源于《太原理工大学》期刊2019-06-01）

许银霞^[4]（2019）在《二氧化钛基电催化剂的制备及其析氢性能研究》一文中研究指出当今世界的能源需求依旧依赖于煤、石油等不可再生的化石能源,由于化石能源的过度开发和不合理使用造成了严重的资源枯竭和环境污染问题,因此,寻求绿色清洁、可持续能源已经成为当下能源研究的热点。氢气因其较高的燃烧值,零污染,环境友好等优点,被誉为化石能源的最佳替代品。目前,工业上主要使用天然气蒸汽转化法生产氢气,其生产过程需要燃烧大量化石能源并排出温室气体,不符合绿色可持续发展理念。为了响应可持续发展的需求,利用光催化制氢和光电催化制氢技术相继出现,基于太阳能、风能快速发展驱动,电解水制氢是最有希望并能可持续发展的途径,由于该技术的最初反应原料是水,其反应装置简单,外加一定的电压就可得到高纯的氢气。电解水产氢的关键步骤是析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER),即还原水为氢气并释放出来,此过程需要高的活化能,有高效催化剂才能进行,铂基催化剂是当前性能最好的HER催化剂,但铂属于贵金属,自然界中储量稀少因而价格昂贵,难以适应今后大规模生产利用。因而开发低成本、丰富、高效、稳定的HER催化剂成为目前水分解产氢研究领域的热点。基于以上研究,本文通过制备不同TiO_2基的复合材料,利用各组分间的协同效应,获的析氢性能优良HER催化剂,具体研究内容如下:(1)以P25(80%的锐钛矿和20%的金红石混合物)为原料水热法合成TiO_2纳米带,使用合成的TiO_2纳米带为基底,采用水热法合成WS_2@TiO_2催化剂。结果显示带状的TiO_2被片层的WS_2围绕封闭,TiO_2与WS_2具有较好的耦合协同作用。将催化剂进行叁电极电解水性能测试,对比单独的TiO_2和WS_2催化剂,WS_2@TiO_2催化剂在碱性电解液中表现出较好的电解水析氢性能。在电流密度为10 mA cm~(-2)时,过电位为150mV,塔菲尔斜率为120 mV dec~(-1),在碱性电解液中测试24 h时,保持率高达88.10%,说明WS_2@TiO_2催化剂具有优异的稳定性和良好的应用前景。(2)以苯胺为碳源和氮源,磷钼酸为钼源,在苯胺聚合过程中加入TiO_2纳米球合成NC/Mo_2C@TiO_2催化剂,探究了TiO_2对催化剂的电解水析氢性能的影响,在1 M KOH碱性电解液中将NC/Mo_2C@TiO_2催化剂作为电解水催化剂,该催化剂电极材料有着丰富的活性位点,且表现出优异的析氢活性,当电流密度为10 mA cm~(-2)时的过电位为150mV,塔菲尔斜率为158 mV dec~(-1),在碱性电解液中测试35 h时,保持率高达92.88%,说明NC/Mo_2C@TiO_2具有优异的稳定性和良好的应用前景。(3)以石墨烯结构的g-C_3N_4为碳源和氮源,利用钛酸四丁酯、硝酸钴与氨水的相互作用,制备了Co,N-C@TiN/TiO_2纳米复合结构,利用叁电极系统对催化剂进行电解水析氢性能研究,测试结果显示Co,N-C@TiN/TiO_2具有较好的析氢性能,当电流密度为10mA cm~(-2)时,过电位为124 mV,塔菲尔斜率为146 mV dec~(-1),在碱性电解液中测试50h时,保持率高达97.00%,说明Co,N-C@TiN/TiO_2催化剂具有优异的稳定性和好的应用前景。(本文来源于《河南大学》期刊2019-06-01）

魏淑婷^[5]（2019）在《高效过渡金属基电分解水催化剂制备及性能研究》一文中研究指出电分解水是一种产生清洁可持续能源的有效方式,也是可持续能源循环系统的重要环节,但是高的分解能量势垒和低的催化效率极大地限制了这种可再生能源技术的大规模商业化应用。因此,发展高活性的分解水催化剂是解决这一个问题的关键。近年来,高性能催化剂的设计以及性能调控引起了广泛关注。通过有效的策略对催化剂进行合理的设计,可以增加催化活性位点数目或者增强每一个活性位点的反应性,从而显着地提高催化剂的催化性能。本论文通过纳米结构工程,缺陷与成分的调控以及相变与界面工程的构建等策略实现了电催化分解水催化剂的可控制备并对其催化性能予以研究。主要内容分为以下几个部分:首先,我们通过简单经济的一步化学气相沉积法制备了自负载叁维的过渡金属磷化铜纳米线,这种自负载叁维的纳米线结构显着地增加活性位点的数目,利于电子的定向传输、气体的产生、电解液的扩散以及气泡的排除,从而提高了电分解水的催化性能。其次,我们通过调节催化剂的成分和晶型结构,成功制备了无定型叁金属水滑石结构,材料的无定型化引入了大量的金属空位和丰富的氧空位,这些位点有利于中间体的吸附能和降低反应势垒,并且第叁种过渡金属的引入调节了催化剂的电子结构和优化活性中心的局部配位结构,从而提高了活性位点的本征催化性。最后,我们从材料相变与界面工程入手,利用理论计算和实验相结合的方法证明了铱和铜会诱导二硫化钼从半导体(2H)相向金属相(1T)转变。相变之后催化剂的电导性和亲水性会显着增加,并且所合成的Ir/Mo S2催化剂具有很多的异质结界面,对其活性位点的探讨进一步表明铱和金属相二硫化钼界面处的协同作用有利于水的裂解、电荷的快速转移和反应动力学的加快,从而表现出优异的电化学水分解的性能。(本文来源于《吉林大学》期刊2019-05-01）

张友魁^[6]（2019）在《低维钴基电催化剂的设计合成及同步辐射表征研究》一文中研究指出随着全球逐渐快速的经济发展进程,人类的生产活动对能源提出了越来越高的需求。传统的化石能源在使用过程中暴露出来的弊端,如温室效应、雾霾等环境问题已在过去数十年间引起各个国家的高度重视。此外,大量消耗储量有限的化石能源资源加剧了能源危机。为了应对当前面对的能源危机和环境问题,实现可持续发展,开发高效并且可再生的洁净新能源尤为紧迫。通过电催化能源转换发展清洁能源被认为是取代化石能源且环境友好的重要途径之一。电催化能源转换技术中,高效的电催化剂能起到提高转化效率的作用,是能源转化的核心。长期以来的研究发现,具有很高的电催化活性的材料主要是基于铂、铱、钌等贵金属,但储量低且成本高昂极大的限制了其在实际生产中的大规模应用。因而,开发基于非贵金属的高效电催化剂具有非常重要的意义。3d过渡金属(铁、钴、镍等)由于地壳储量大且具有相对较高的导电性,已成为电催化材料的热门候选而被广泛研究。事实上,传统过渡金属化合物的电催化性能与贵金属相比,仍然有较大的差距。具有低维度的纳米材料拥有巨大的比表面积、独特的原子结构和快速的载流子输运能力,为高性能电催化剂的设计和应用带来了新的机遇。在本论文中,我们通过合理设计并可控合成了多种基于钴基纳米结构的新型电催化剂,利用同步辐射X射线吸收谱(XAS)表征技术对其原子结构/配位结构/电子结构与电催化性能之间的关系进行了深入研究。具体研究内容和创新点包括以下几个方面:(1)利用超声法合成的超薄钴基金属有机框架(Co-MOFs)纳米片为模板,设计了一种多巴胺自聚合包覆并结合高温热解的制备策略,合成出具有氮掺杂碳均匀包裹钴纳米颗粒(CoNPs)的钴-碳-氮(Co-C-N)纳米片状电催化剂。表征结果发现,聚多巴胺包覆层在热解过程中形成的氮掺杂碳层可以对Co-MOFs纳米片进行有效的限域保护,不仅维持了纳米片状结构,同时也有效限制了大尺寸Co NPs的生长,最终得到了纳米片状Co-C-N催化剂。利用XAS对Co-C-N结构进行深入表征,发现Co NPs与包裹在表面的氮掺杂碳形成了Co-N配位,并展现出明显的原子结构扭曲和不饱和原子配位,从而促使Co-C-N纳米片表现出接近于商用铂/碳(Pt/C)的电催化氧气还原(ORR)性能。(2)基于超薄氢氧化钴(Co(OH)2)纳米片,采用共沉淀法合成出一种金属铱原子均匀分布的Co(OH)2纳米片高效双金属电催化剂。球差校正高角环形暗场像-扫描透射电子显微镜结合XAS表征证实了该催化剂含有大量的缺陷结构,其中金属铱是以单原子及团簇的形式共同存在于Co(OH)2纳米片中。这种双金属电催化剂在电催化析氧反应(OER)过程中由于氧化作用而不可逆的转化为具有高活性的羟基氧化钴和氧化铱,两者的协同作用使得这种双金属电催化剂在中性和碱性电解液中均展示出优于商业二氧化铱的OER性能。(3)以高导电性的Ti3C2Tx MXene为支撑,通过简单的高温热解策略在其上原位生长封装有Co NPs的氮掺杂碳纳米管(N-CNTs),获得具有Co/N-CNTs@Ti3C2Tx独特结构的ORR/OER双功能电催化剂。通过扫描电镜和XAS解析验证了Co/N-CNTs与Ti3C2Tx之间的强界面耦合和电子转移。得益于封装的小尺寸Co NPs、稳健的N-CNTs以及高导电性的CNTs与Ti3C2Tx MXene之间强耦合诱导的电子转移,所制备的Co/N-CNTs@Ti3C2Tx复合材料在碱性电解液中对ORR和OER表现出良好的双功能电催化活性和循环稳定性。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2019-05-01）

张彩^[7]（2019）在《基于精细结构调控与金属载体相互作用构筑高效碳基电催化剂的研究》一文中研究指出清洁能源技术是应对日益增长的环保与能源需求的最佳途径。基于零污染物排放和原料来源丰富的优势,燃料电池与电解水制氢是具有大规模应用前景的两种清洁能源技术。然而,燃料电池的运行需要高效的电极催化剂,尤其是针对阴极的氧还原反应。电解水制氢也需要高效的电催化剂来降低反应的超电势,以减少电能的损耗。本论文分别以非晶碳薄膜、石墨烯、碳纳米管与碳纳米纤维等几种重要的碳基材料为催化剂或催化剂载体,通过精细结构调控与金属-载体相互作用,构筑了几种不同类型的高效碳基电催化剂,用于电催化氧还原反应与析氢反应,并系统地研究了它们各自微观结构与电催化性能之间的内在关联。首先通过控制氮的分压对非晶碳薄膜进行氮掺杂,研究不同条件下的总氮含量与催化活性的关系,阐明了热处理后薄膜表现出氧还原催化活性的内在原因,并发现了内应力释放对催化活性的影响。接着,将钯纳米颗粒负载于硼掺杂的石墨烯上,研究钯与石墨烯中碳的金属载体相互作用以及掺杂的硼对这种相互作用的抑制和转移情况,并探索了它们对电催化活性的影响。然后,将镍/氧化铈作为催化剂催化甲烷热分解产生自载体碳纳米管后,应用于催化析氢反应,并研究了自催化产生的碳纳米管与镍/氧化铈间的金属载体相互作用对其催化活性的影响。最后,分别用少量的过渡金属铁、钴、镍分别修饰碳纳米纤维,并对其进行刻蚀与再进一步热处理诱导的结构修整,研究铁、钴、镍修饰、刻蚀与结构修整前后,碳纳米纤维电催化氧还原活性与析氢活性的变化及其机制。(本文来源于《吉林大学》期刊2019-05-01）

吴晓童^[8]（2019）在《分子耦合金属离子辅助合成碳基电催化剂及其性能研究》一文中研究指出面对全球能源危机,人们致力于开发优秀的能源转换和储存系统。电催化是可再生和可持续能源系统中的一种常见和环境友好的过程。例如,氧还原反应(ORR)是燃料电池中非常重要的反应,而析氧反应(OER)和ORR是可再充电金属-空气电池的两个不可缺少的反应,OER和析氢反应(HER)是电解水产氢装置的重要反应。然而,电催化过程普遍存在反应动力学迟缓的问题。研究结果表明,OER和ORR这两个反应的动力学问题主要与O_2在反应过程产生的中间体与催化活性中心的吸脱附能有关。催化剂对中间体的吸附能力过强或过弱都限制了反应动力学。为了解决这一问题,研究的重点之一是开发活性较强且具有较合适中间体吸附能的催化剂。此外,电催化剂中普遍使用的贵金属还面临着价格昂贵、存储量少和易毒化不稳定的问题。针对上述问题,本论文首先研究了通过有效的合成方法以金属Pd取代Pt从而降低催化剂的成本。然后,还致力于开发价格低廉且高活性的铁基碳氮催化剂,系统地研究了通过与金属离子耦合的全氮配位的有机配体(邻菲啰啉)、氮氧共配位的有机配体(乙二胺四乙酸)及全含氧基团配位的氨基对苯二甲酸所合成的电催化剂材料,并尝试通过实验及DFT计算结果分析并推断反应机理,最后将它们作为电极材料应用于微生物燃料电池或者金属空气电池。具体内容如下:(1)利用没食子酸(GA)耦合金属Pd离子并进行原位还原的方法,制备了多孔氮掺杂石墨烯基纳米Pd复合电催化剂。利用没食子酸的大苯环结构与石墨烯的框架共轭,以及多羟基、多羧基的特点耦合Pd离子限制了Pd颗粒的团聚,形成Pd纳米颗粒高分散在氮掺杂多孔石墨烯上的GN@Pd-GA复合材料。在此工作中,尽量地减少PdCl_2原料的用量以降低催化剂的合成成本,找到最佳的负载量。通过微观结构表征和调控,优化Pd纳米颗粒的结构,进一步提升催化剂的性能。(2)邻菲啰啉是常见的与Fe离子配位的配体,能够以摩尔比3:1与金属离子形成六配位的空间立体八面体结构。本章利用邻菲啰啉和二价铁离子形成Fe前驱体,与溶胶凝胶法得到的RF@SiO_2凝胶混合后经碳化、去模板得到的空心碳球结构的Fe-N/C材料。与活性中间体为2N-FeN_(2+2)结构的Fe-N/C材料相比,所合成材料中的亚铁离子除了与邻菲啰啉配位以外,也与溶胶中的酚醛树脂单体中的给电子氧配位结合形成FeN_(2+2)-O的结构。亚铁离子被电负性更强的O原子氧化转变成铁离子,改变了亚铁离子的轨道空间构型,使得进而调控了Fe~(2+)/Fe~(3+)的比例。DFT计算表明,FeN_(2+2)-O结构降低了ORR中间体的反应能垒,加速了ORR反应的电子传输,因而有效提高了电催化剂的活性。(3)以EDTA~(2-)与Fe、Co盐耦合得到的前驱液结合平均粒径为100 nm的酚醛树脂球RF@SiO_2,合成出负载FeCo金属间化合物氮掺杂空心碳球材料。通过引入Au量子点,调控Fe/Co离子的表面电子云密度,Au因具有等离子共振效应能增强自由电子的转移速率从而增加导电性。此外,由于FeCo金属间化合物是由共价键结合的,Au具有强电负性,对反应表面朝外的Fe~(2+)吸引导致Fe~(3+)的比例增大,引起了Co~(3+)离子价态的降低,从而使Fe~(2+)/Fe~(3+)与Co~(2+)/Co~(3+)均趋向于1。因该材料具有较强的传质/传荷效率,活性位点对氧气的吸附能力以及反应中间体的脱附能力增强,因此既具有优秀的氧还原性能也具有较强的析氧活性。使用该材料组装的微生物燃料电池表现出良好的长期稳定性和高输出电压及功率密度;组装成的锌-空电池也展现出较好的充放电性能和循环稳定性。(4)NH_2-MIL-Fe(88)是一种由氨基对苯二甲酸的羧基配位Fe~(3+)离子形成的有机多孔金属框架材料,具有大量的介孔结构;经SiO_2模板调节形成的大孔结构进一步分散了Fe~(3+)活性中心。再经过低温的硒化反应,使部分的Fe~(3+)中心被硒化成FeSe_2,改变了Fe离子的空间结构和比例,调控了ORR过程中的吸脱附能的大小。该材料同时也具有OER及HER活性,是一种具有多种用途潜能的催化剂。以其作为阴极催化剂应用于微生物燃料电池,最大输出功率为1071.17 mW m~(-2)。(本文来源于《广州大学》期刊2019-05-01）

张利利^[9]（2019）在《磷和磷基电催化剂的设计合成与应用研究》一文中研究指出电催化储能与转换技术,是保证清洁、可再生能源被高效可持续利用的重要手段。本论文系统的综述了以H_2O、CO_2和N_2循环为中心,储能与转换装置中涉及到的各种电化学反应;并介绍了电催化剂的设计和研究进展。针对各循环应用中电催化剂的低活性和低稳定性两大难题,本论文从增加活性位点的数量和提高每个活性上的内在催化性能两种策略入手,设计合成了一系列基于非金属元素P的纳米材料,并研究了它们的电催化性能。基于非金属元素P的优点,纳米材料针对特定反应的电化学性能得到改善,具体研究内容如下:1.利用与氮同主族的非金属元素P作为催化剂的活性中心来实现氮气的高效选择性还原。为了尽可能地释放单质磷的本征催化活性,以层状黑磷(BP)作为催化剂前体,通过液相剥落法原位制备了具有类磷烯结构的少层黑磷纳米片(FL-BP NSs),暴露丰富的活性位点以促进氮气的吸附与活化。电化学测试结果表明,FL-BP NSs是一种优良的NRR催化剂,在常温常压环境下,电催化氮还原合成氨的法拉第效率高达5.07%,氨产率高达31.37μg h~(-1) mg~(-1)_(cat.),同位素示踪实验证实了氨完全来源于溶解氮的电还原。DFT计算表明FL-BP NSs的zizag和diff-zigzag边缘是发生氮气吸附和活化N≡N叁键的活性位点,优先以交替加氢途径电化学还原N_2生成NH_3。2.利用P元素的丰富价电子,以改变金属活性中心的电子结构,进而提高催化活性和稳定性。采用简单温和的电沉积方法将其引入到Pt催化剂中,成功合成了相互连接的PtP纳米管阵列(PtP NTAs),并系统了研究了其作为ORR催化剂的电化学性能。在酸性介质中,与Pt NTAs和商业化Pt/C相比,PtP NTAs表现出优异的ORR催化活性、循环稳定性及抗毒化能力。在经过10000次电压循环后,PtP NTAs的ECSA只损失了约9%。3.进一步通过金属与非金属共掺杂,设计了一种Pt-/过渡金属-/非金属复合的叁元合金纳米管阵列(ANTAs)结构的催化剂,以提高催化剂的抗毒化能力。采用简单的电共沉积方法成功制备出多孔PtAuP ANTAs,应用于催化甲醇氧化反应(MOR)中,Au与Pt形成合金结构,能够改变MOR的反应途径;而非金属元素P影响了金属Pt和Au原子的表面电子形态,不仅使合金晶体高度均一有序,更降低了对甲醇的吸附能以及促进水分子的活化,提高了MOR活性和稳定性。制备的PtAuP催化剂的MOR活性是PtAu ANTAs的2.13倍、Pt/C的2.72倍;并且叁者的I_f/I_b值分别为2.34(PtAuP)、1.27(PtAu ANTAs)和0.78(Pt/C),说明PtAuP在酸性介质中的抗毒化能力更强。4.最后,为了同时利用氧空位的优势进一步缓解催化剂中毒问题,采用模板法制备了P-Pd-CeO_2和PdO/Pd-CeO_2中空球用于催化FAO反应。P的引入可以有效降低P-Pd-CeO_2 HS催化剂上反生FAO的电位(峰电位为0.152 V vs.SCE),促进了甲酸的完全氧化,减少了中间毒化物种的生成。CeO_2的存在不仅促进了P-Pd或PdO/Pd纳米颗粒的分散,而且其表面吸附的OH_(ads)物种可以促进吸附在Pd表面的CO毒化物种的氧化。PdO/Pd-CeO_2 HS富集新鲜的活性表面,FAO质量比活性可以达到1620.0 mA mg_(Pd)~(-1),并且电极在氧化还原循环过程中可以有效避免活性金属Pd的损失。(本文来源于《华南理工大学》期刊2019-04-09）

王雅静^[10]（2019）在《Pt与Ru基电催化剂设计制备及甲醇氧化和产氢性能研究》一文中研究指出发展新一代环境友好型的绿色能源体系逐渐受到世界各国的广泛关注。电化学能源存储与转换系统例如直接甲醇燃料电池、电解水装置等被视为有希望解决能源与环境问题的候选者。然而,在电化学系统中均涉及电化学反应,而缓慢的电极反应动力学限制了其商业化应用。为了加快电极反应动力学速率,常常需要低成本、高活性及稳定性的电催化剂。目前,商业Pt/C电催化剂在直接甲醇燃料电池阳极甲醇氧化反应(Methanol oxidation reaction,MOR)和电解水装置阴极产氢反应(Hydrogen evolution reaction,HER)过程中均表现出高的催化活性。然而,Pt的高成本、低储量及较差的稳定性限制了甲醇燃料电池和电解水装置的广泛商业化应用。因此,对甲醇氧化反应来说,急需制备高Pt利用率、高活性、稳定性及抗CO毒化能力的Pt基催化剂;而在产氢反应方面,急需制备低价格、高活性及稳定性的HER催化剂。为了解决Pt/C中碳载体耐腐蚀性差的缺点,本论文首先将具有优异导电性、稳定性及大比表面积的二维FeP纳米片作为载体,制备了Pt/FeP催化剂。其甲醇氧化峰电流密度为0.994 mA/cm~2,是商业Pt/C的2.74倍,表明Pt/FeP纳米片的甲醇氧化性能优异。研究发现,FeP独特的二维纳米片结构及优异的导电性可增强传质及传荷,另外,FeP可作为助催化剂,利用其独特的Fe~(δ+)和P~(δ-)活性位点来促进水的分解,产生的羟基可吸附于FeP表面来氧化去除邻近Pt位表面吸附的类CO物种,使其甲醇催化活性明显高于Pt/C。同时,FeP载体可引起Pt电子结构的改变,进而弱化CO在Pt表面的吸附键强度,从而提高其抗CO毒化能力。电解水产氢性能显示Pt/FeP在0.5 mol/L H_2SO_4溶液中于-10mA/cm~2下的HER过电位(η)仅为17 mV,低于商业Pt/C(20 mV),而在1.0 mol/L KOH中的HER性能(η=130 mV)差于Pt/C(η=95 mV),但在酸性和碱性体系下的稳定性均优于Pt/C。为了进一步改善Pt基催化剂的性能及稳定性,Pt纳米粒子被成功负载于具有优异金属导电性及稳定性的二维层状Ti_3C_2 MXene表面,其甲醇氧化峰电流密度为1.137 mA/cm~2,是商业Pt/C(0.388 mA/cm~2)的2.93倍,并且Pt/Ti_3C_2 MXene显示出优异的甲醇氧化稳定性。Pt/Ti_3C_2 MXene在0.5 mol/L H_2SO_4溶液及1.0mol/L KOH溶液中的产氢性能和稳定性均优于Pt/FeP和Pt/C。经分析发现,Pt/Ti_3C_2优异的催化活性及稳定性可归功于独特的二维结构、高的结构稳定性以及优异的金属导电特性。尽管上述Pt基催化剂的催化活性及稳定性得到了一定程度的改善,但Pt的利用率仍较低。基于此,本论文接着通过两步还原法构筑了Ru@Pt核壳纳米粒子并与TiO_2复合,制备了Ru@Pt/C-TiO_2复合电催化剂,甲醇氧化实验显示该催化剂的催化活性、稳定性以及抗CO毒化能力均明显高于Ru@Pt/C、Pt/C-TiO_2以及Pt/C。同时,Ru@Pt/C-TiO_2复合电催化剂的电化学活性面积(69.6m~2/g)显着高于Pt/FeP(30.0 m~2/g)以及Pt/Ti_3C_2 MXene(30.2 m~2/g),表明Ru@Pt/C-TiO_2的Pt利用率明显高于Pt/FeP及Pt/Ti_3C_2 MXene。Ru@Pt核壳结构以及与TiO_2复合可通过电子效应和双功能机理显着增强Ru@Pt/C-TiO_2的催化活性。此外,产氢实验显示,Ru@Pt/C-TiO_2催化剂在0.5 mol/L H_2SO_4溶液及1.0 mol/L KOH中的性能及稳定性均明显优于Pt/FeP、Pt/Ti_3C_2 MXene、Ru@Pt/C、Pt/C-TiO_2以及Pt/C。尽管所合成的Pt基催化剂表现出优异的HER性能,但其稳定性仍较差。近几年,Ru基催化剂因表现出优异的产氢催化活性及稳定性而被广泛报道。鉴于此,HRu_4O_8微米棒通过固相反应-离子交换法被成功合成并首次应用于电解水产氢,同时研究了烧结温度对HRu_4O_8结构、形貌及催化活性的影响。研究发现,300℃处理的样品即HRu_4O_8-300表现出优异的产氢催化活性,在1.0 mol/L KOH中于-10 mA/cm~2下的产氢过电位仅为31 mV,明显低于商业Pt/C,Tafel斜率为30.3 mV/dec,远低于未温度处理的HRu_4O_8(117.2 mV/dec)及Pt/C(81.5mV/dec),由Tafel斜率可知300℃处理后产氢控制步骤由水解离步骤(Volmer步骤)转变为化学脱附步骤(Tafel步骤),说明水解离速率显着提高,经分析发现300℃温度处理后使得HRu_4O_8中更多的质子暴露于催化剂表面,而质子的存在有利于水中HO-H化学键的断裂,进而促进水的解离,提高HER活性。i-t曲线表明HRu_4O_8-300的产氢稳定性显着优于所合成的Pt基催化剂。另外,HRu_4O_8-300在0.5 mol/L H_2SO_4中HER性能测试显示,其在-10 mA/cm~2下的HER过电位仅为39 mV,并且电荷传递速率快。HRu_4O_8-300优异的产氢催化活性及稳定性使其可作为贵金属Pt潜在的替代品用于水分解产氢反应。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2019-04-01）

基电催化剂论文开题报告

（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：

石墨炔(graphdiyne,GDY)是一种由sp和sp~2两种杂化碳构成的新型碳同素异形体。在石墨炔结构中,1,3-二炔键通过共价链接苯环形成单原子层厚度的二维平面网络结构。基于其特殊的化学结构和电子结构,石墨炔展现出诸多奇特性质,例如,丰富的碳化学键、天然的孔洞结构、高共轭性、天然带隙、以及化学和热稳定性等。这些独特性质使石墨炔在催化、能源、电子等领域展现出巨大的应用潜力和广阔的应用前景。本论文以二维石墨炔为中心,利用石墨炔独特的化学结构和电子结构性质、及其可以在任意基底表面可控合成的性质,从石墨炔的可控合成出发,通过合理设计和精细调控,发展了可控制备石墨炔基异质结构材料的新方法,制备了多种形貌结构可调的石墨炔基异质结构材料,解决了电催化过程中无机纳米催化剂本征活性差、稳定性差等问题,并成功将所制备的石墨炔基异质结构催化剂应用于电催化产氢、电催化产氧等领域中。同时,结合理论计算,重点详细地研究了其电化学性质和电催化反应机理。本论文主要包括以下几个部分内容:第一章,着重阐述了石墨炔的发展历史。从石墨炔的化学结构到电子结构出发,讲述了石墨炔的基本性质;随后重点讲述了石墨炔的合成,并概述了石墨炔基新材料在催化、能源转化和存储材料研究方面取得的重要研究成果。第二章,成功制备出具有多活性中心、多功能的单晶类水滑石材料,对其形貌和结构性质进行了详细的表征。通过电催化解水,对其电催化性能进行了评价。研究表明,对活性中心元素种类及含量的调控,可以对催化剂的形貌以及结构进行有效调节,从而使其性能得到显着改善。此外,通过实验和理论计算相结合明确了其催化水解的机理。第叁章,通过对纯类水滑石结构可控地进行非金属元素掺杂的策略,实现了对催化剂结构、形貌的进一步精确调控,显着提升其催化活性和稳定性。详细的XPS、XRD等结构分析结果和密度泛函理论计算结果共同显示,非金属元素的掺杂可以显着提高催化剂的电荷转移能力,从而增强其反应活性,同时增加其反应稳定性。最佳比例得到的材料表现出优异的性能,例如,电流密度10 mA cm~(-2)时的析氢为68 mV,析氧电位为208 mV。被用作全水解的双功能电极时,在1.44V的极低电池电压下电流密度即达到10 mA cm~(-2),在100 mA cm~(-2)下稳定长达80小时而无衰减。第四章,利用石墨炔可在任意基底表面原位生长的特性,发展了一种原位插层-剥离类水滑石纳米片的方法,首次实现了对自支撑类水滑石纳米片的原位插层—剥离,并构筑了叁维“石墨炔—层状双金属氢氧化物—石墨炔”叁明治结构纳米片阵列电极(e-ICLDH@GDY/NF)。研究表明,相对于单独的LDH和GDY催化剂,e-ICLDH@GDY/NF具有更为优异的电催化HER、OER和全水解反应活性和稳定性,并通过对复合材料结构的可控调控实现了对电极性能的调控。第五章,成功地在泡沫镍集流体上构筑了超薄石墨炔(GDY)包覆的碱式碳酸铁(FeCH)纳米片阵列电极。研究结果显示,作为叁维集成电极,其在碱性电解液中表现出优秀的析氢反应(HER)、析氧反应(OER)活性和稳定性。同时,基于该催化剂的全水解电解池展现出良好的反应活性(仅需1.49 V电池电压即可驱动10 mA cm~(-2)的全水解电流密度)和稳定性。第六章,发展了一种调控二硫化钼晶相的方法,通过在硫化钼纳米片表面原位生长石墨炔纳米片结构,实现了二硫化钼从2H到1T相的转变,显着增加了体系导电性,降低了氢吸附自由能,进而提升了其本征催化活性。电化学研究结果显示,所制备的石墨炔包覆二硫化钼纳米片阵列电极,在全pH(0~14)范围内都有优异的HER活性和稳定性。尤其是在碱性(pH=14)条件下,该电极的HER活性超过20 wt.%Pt/C;同时瞬态光电流是纯二硫化钼的45.7倍。第七章,本论文的总结与展望。

（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。

基电催化剂论文参考文献

[1].姚俊杰,唐佳易,杨志娟,陈建,孙迎辉.电解水制氢中钌基电催化剂的研究进展[J].电池工业.2019

[2].惠兰.石墨炔基电催化剂的可控制备及催化性能研究[D].新疆大学.2019

[3].李莎莎.钴基电催化剂的结构设计、合成及其电催化性能[D].太原理工大学.2019

[4].许银霞.二氧化钛基电催化剂的制备及其析氢性能研究[D].河南大学.2019

[5].魏淑婷.高效过渡金属基电分解水催化剂制备及性能研究[D].吉林大学.2019

[6].张友魁.低维钴基电催化剂的设计合成及同步辐射表征研究[D].中国科学技术大学.2019

[7].张彩.基于精细结构调控与金属载体相互作用构筑高效碳基电催化剂的研究[D].吉林大学.2019

[8].吴晓童.分子耦合金属离子辅助合成碳基电催化剂及其性能研究[D].广州大学.2019

[9].张利利.磷和磷基电催化剂的设计合成与应用研究[D].华南理工大学.2019

[10].王雅静.Pt与Ru基电催化剂设计制备及甲醇氧化和产氢性能研究[D].哈尔滨工业大学.2019

论文知识图

标签：催化剂论文;  基材论文;  结构论文;  纳米材料论文;  电池论文;  金属论文;  材料论文;