过渡金属磷化物的可控制备及其析氧性能研究.pdf
《过渡金属磷化物的可控制备及其析氧性能研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《过渡金属磷化物的可控制备及其析氧性能研究.pdf(79页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、1111硕士研究生学位论文题 目 过渡金属磷化物的可控制备及其析氧性能研究 _ 万方数据学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任 何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明 的法律结果由本人承担。:关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规 定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大 学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,
2、允 许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可 以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。论文暂不公开(或保密)注释:本学位论文属于暂不公开(或保密)范围,在X年解密后适用本授权书。次非暂不公开(或保密)论文注释:本学位论文不属于暂不公开(或 保密)范围,适用本授权书。万方数据摘要过渡金属磷化物的可控制备及其析氧性能研究摘要能源紧缺和环境问题是当今全球面临的两大重大难题,开发和利用绿 色可再生的新能源是缓解这些问题的有效途径。在诸多绿色清洁能源中,氢能由于其独特的优异性能,被人们视为最理想的用来替代传统化石能源 的可持续绿色新能源。通过电解水技术可以获得高纯度
3、的氢气,并且相比 于其他制氢方法来说更加简易,反应不需要高温高压的条件。在大规模的 工业生产中,一般多采用KOH作为电解液。碱性介质中,电解水包含两 个半反应,在阴极发生的水的还原反应(HER)以及在阳极发生的水的氧 化反应(OER)。其中阳极析氧反应动力迟缓需要较大的过电势,而催化 剂的使用可以极大地加快电极反应速率和效率,减小过电势,节约能耗。在商用的电解水技术当中,通常选用催化性能优异的kO2和RuOz作为阳 极材料,但是这些贵金属在地壳储量匮乏且价格高,且在工业上大规模使 用受到限制,所以研制可替代贵金属的催化剂成为攻克电催化裂解水技术 难题的关键因素。本论文以水滑石及插层的类水滑石材
4、料为前驱体,采用 磷化或者焙烧等手段,制备出不同结构的碳包覆的过渡金属磷化物(CoP/CoP2NP CNTs和(FeCo)2P C),并将其用作析氧反应的催化剂。主要研究内容如下:(1)CoP/CoP2NP CNTs复合物的制备及其析氧性能研究:以 Co Al-LDH为前驱体,将其与三聚鼠胺的混合物在Ar气氛中焙烧得到 万方数据北京化工大学硕士学位论文Co NCNTs复合物,再与次磷酸钠混合经焙烧处理,得到Co P/Co P2 NP CNTs复合物催化剂材料。电化学测试表明CoP/CoP2NP CNTs在10 mA c m-2电流密度下所需的过电势仅为300 mV,表现出对OER有良好的 催化
5、活性。同时在恒定的电流密度下测试了该材料的稳定性能,发现其具 有超长的稳定性,优于已报道的大部分催化剂。利用密度泛函理论(DFT)计算表明该复合物优异的催化性能归因于Co P与C0P 2双活性组分的协同 作用。(2)(FeCo)2P C复合物的制备及其析氧性能研究:以表面活性剂S DP 插层FeCo(OH)2为单源前驱体,经焙烧后得到了海胆状的(FeCo)2P C复 合物。该制备方法的优点在于S DP作为插层物质时可以同时作为碳源与 磷源,既避免使用有机磷源等有毒试剂,又能通过一步法引入碳,提高催 化剂的导电性。通过对其析氧性能测试发现(FeCo)2P C复合物较单独的 CO2P C在活性方面
6、有显著的提升。此外,利用氢氧化物类水滑石层板阳 离子具有可调变性的特点,通过调变元素的种类,设计制备出(NiCo)2P C,实现了 OER催化性能的进一步提升。该制备方法简单、环 保、高效,同时也为制备碳包覆的纳米材料提供了一个新的思路,且该方 法能够拓展到其他磷化物的制备,具有普适性。关键词:过渡金属磷化物,水滑石前体,表面活性剂,析氧催化剂万方数据AbstractCONTROLLABLE PREPARATION AND ELECTROCATALYTIC PERFORMANCE OF TRANSITION METAL PHOSPHIDES AS OXYGEN EVOLUTION REACTI
7、ON ELECTROCATALYSTSABSTRACTWith the sho rtage o f energy c risis and the inc rease o f enviro nmental pro blems,the develo pment o f new renewable energy has bec o me inc reasing urgent.Hydro gen has been c o nsidered as the mo st advantageo us alternative traditio nal fo ssil energy due to its high
8、 energy density and c leanliness.Elec tro c atalyst-driven water splitting is a mature and pro mising tec hno lo gy to lo o king fo r pro duc e hydro gen,and the reac tio n do es no t require high temperature o r high-pressure c o nditio ns.In large-sc ale industrial pro duc tio n,KOH is generally u
9、sed as an elec tro lyte.Elec tro c hemic al water splitting invo lves two half reac tio ns,o xygen evo lutio n reac tio n(OER)and hydro gen evo lutio n reac tio n(HER).Ho wever,the c atho de has high o verpo tential,whic h leads to exc essive energy c o nsumptio n.Therefo re,an effic ient elec tro c
10、 atalyst is needed to dec rease the o verpo tential and impro ve the effic ienc y o f thein 万方数据北京化工大学硕士学位论文o xygen evo lutio n.Currently,IrO?and RuCh-based materials are the mo st effic ient c atalysts fo r the OER.Ho wever,it is diffic ult to realize large-sc ale industrializatio n due to the sc a
11、rc ity and high expense o f prec io us metals.Therefo re,the explo ratio n o f no n-no ble-metal c atalysts with unexpensive and abundant reserves has been o f great interest in sc ienc e and tec hno lo gy.Herein,c arbo n-c o ated transitio n metal pho sphides(Co P/Co P 2NP CNTs and(FeCo)2P C)with d
12、ifferent struc ture were suc c essfully prepared by using the hydro talc ite-like materials as prec urso rs and subsequent pho spho rzatio n.The elec tro c atalytic perfo rmanc es o f the c atalysts fo r OER were investigated.The thesis fo c used mainly o n the fo llo wing aspec ts.(1)P reparatio n
13、o f Co P/Co P 2NP CNT s c o mpo site and their elec tro c atalytic perfo rmanc es fo r OER.The Co P/Co P 2NP CNTs c o mpo site was prepared via the c alc inatio n o f the Co Al-LDH/melamine prec urso r at 700 in Ar and the subsequent pho spho rizatio n at 500 in Ar.Fac ile visualizatio n by sc annin
14、g elec tro n mic ro sc o py in c o njunc tio n with elec tro n bac ksc atter diffrac tio n demo nstrates the enc apsulatio n o f the C0P/C0P 2 nano partic les within the N,P-c o do ped CNTs.Elec tro c atalytic evaluatio n sho ws that the c o mpo site elec tro de requires a lo w o verpo tential o f 3
15、00 mV fo r the OER at 10 mA c m-2 in a 1.0 M KOH so lutio n and,in partic ular,exhibits an exc ellent lo ng-term durability o f c a.100 h,whic h is superio r to that o f the state-o f-the-art RuO?elec tro c atalyst.Density func tio nal theo ry c alc ulatio ns reveal that the synergistic effec t o f
16、Co P and C0P 2 c an enhanc e the IV万方数据Abstractelec tro c atalytic perfo rmanc e.(2)P reparatio n o f(FeCo)2P C c o mpo site and their elec tro c atalytic perfo rmanc es fo r OER.We desc ribe a thermally sei generating pho spho rizatio n o f a ho st-guest single-so urc e prec urso r o f so dium do d
17、ec yl pho sphate(S DP)well-interc alated FeCo(OH)2 to prepare ec hinus-like(FeCo)2P c arbo n mic ro/nano spheres(FeCo)2P C)as an effic ient and stable elec tro c atalyst fo r OER.FeCo(OH)2 ho st pro vides Co so urc e,and the green and easily available S DP guest serves as bi-mo lec ular so urc es o
18、f P and c arbo n so urc es alternate P-so urc es suitable fo r the ec o-friendly synthesis,and the ho st-guest interac tio n enables the P-ato m transfer at the mo lec ular sc ale.The ec hinus-like(FeCo)2P C nano spheres exhibits high elec tro c atalytic ac tivities and go o d stability fbr OER,and
19、generated a c urrent density o f 10 mA c m_2 at 290 mV when used as a c atalyst fo r OER.S ignific antly,this ho st-guest prec urso r-based synthesis ro ute c an be readily extended to prepare(NiCo)2P C by fac ilely altering interc alating S DP between binary NiCo(OH)2 and thus greatly bo o st their
20、 elec tro c atalytic perfo rmanc es.The preparatio n metho d is simple,enviro nment-friendly,and high-effic ienc y,and also pro vides a new idea fbr preparing vario us pho sphides.KEY WORDS:Transitio n metal pho sphide,Layered do uble hydro xide prec urso r,S urfac tant,Oxygen evo lutio n reac tio n
21、万方数据北京化工大学硕士学位论文万方数据目录目录第一章绪论.11.1 前言.11.2 析氯反应(OER).11.2.1 OER 概述.11.2.2 OER催化剂简介.31.2.3 OER电极催化剂材料研究进展.113过渡金属磷化物.61.3.1过渡金属磷化物的概述.613.2过渡金属磷化物的制备.61.4 存在的问题.71.5 提高催化活性的策略.81.6 层状双金属氢通化物(Layered Do uble Hydro xides).111.6.1 水滑石的结构.111.6.2 水滑石的性质.121.6.3 水滑石的制备.131.6.4 水滑石在OER催化剂领域的应用.111.7 本课题研究内
22、容、目的和意义.111.7.1 选题的目的及意义.141.7.2 研究内容.14第二章实验部分.172.1 实验原料.172.2 实验仪器.172.3 样品表征.182.3.1 X射线粉末折射分析-XRD.182.3.2 扫描电子显微镜分析-SEM.182.3.3 高倍透射电子显微镜分析一HRTEM.182.3.4 X射线光电子能谱分析-XPS.192.3.5 拉曼光谱分析Raman Spectra.192.3.6 比表面积以及孔结构分析-BET.192.4 电催化性能表征.19VII万方数据北京化工大学硕士学位论文2.4.1 催化剂电极制备.192.4.2 催化剂电化学性能测试.20第三章C
23、oP/CoP2NPCNTs纳米复合材料的制备及其析值性能研究.213.1 引言.213.2 实验部分.223.2.1 钻铝水滑石前驱体的制备.223.2.2 CoP/CoP2NPCNTs 复合物的制备.223.3 结果与讨论.223.3.1 CoP/CoP2NPCNTs复合物的制备流程.223.3.2 钻铝水滑石的结构与形貌表征.233.3.3 Co P/Co PiNPCNTs复合物的结构与形貌表征.243.3.4 CoP/CoP2NPCNTs复合物的OER催化性能研究.273.4 本章小结.32第四章海胆状(FeCo)2P/C纳米复合材料的制备及其析值性能研究354.1 引言.354.2 实
24、验部分.364.2.1 SDP/FeCo(OH)2类水滑石前驱体的制备.364.2.2 海胆状(FeCo)2PC复合物的制备.364.3 结果与讨论.364.3.1 海胆状(FeCo)2PC复合物的制备流程.364.3.2 SDP/FeCo(OH)2类水滑石前驱体的结构与形貌表征.374.3.3 海胆状(FeCo)2PC复合物的结构与形貌表征.374.3.4 海胆状(MCo)2PC复合物的制备拓展.414.3.5 海胆状(FeCo)2PC纳米复合物的OER催化性能研究.424.4 本章小结.46第五章结论.49论文创新点.51参考文献.53研究成果及发表的学术论文.63致谢.65作者和导师简介
25、.67VIII万方数据ContentsCo ntentsChaper 1 Intro ductio n.11.1 P refac e.11.2 Oxygen evo lutio n reac tio n.11.2.1 S ummarizatio n o f the OER.11.2.2 Intro duc tio n o f OER elec tro c atalyst.31.2.3 Researc h pro gress o f elec tro c atalyst materials fbr OER.31.3 Transitio n metal pho sphide.61.3.1 S um
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 过渡 金属 磷化 可控 制备 及其 性能 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【曲****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【曲****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。