纳米氧化钌及其与氮掺杂碳纳米管复合材料的制备与性能研究
随着化石能源的开采，其枯竭不可避免，同时，由于化石能源在使用过程中产生有害气体和二氧化碳，危害了全球生态。因而，开发更清洁的可再生能源迫在眉睫。氢燃料具有无污染、效率高以及来源广等一系列优点而被广泛关注，是替代化石燃料的最佳选择。电解水是提供氢燃料的主要来源，然而，由于其阴极发生的析氧反应(OER)需要很高的过电势，使得反应需要很高的能量，需要采用催化剂。纳米氧化钌由于具有很高的OER催化性能而被广泛关注，且通过与碳纳米材料的高效复合，可使纳米氧化钌具有更好的导电性，从而实现更好的催化性能。鉴于此，论文采用反应沉淀法制备纳米氧化钌粉体和分散体，以及纳米氧化钌-氮掺杂碳纳米管复合材料，进一步对纳米氧化钌-氮掺杂碳纳米管复合材料在电解水析氧反应的催化性能进行研究。主要研究内容和结果如下: 1、采用超重力反应沉淀法结合水热制备纳米氧化钌粉体。重点考察了溶液pH、水热温度、旋转床转速以及进料流量等工艺参数对纳米氧化钌颗粒尺寸、形貌和分散性等的影响规律，确定了较佳工艺条件:溶液pH为9～10，陈化时间3～5 h，水热温度160℃，水热时间12h，旋转床转速800rpm，进料流量300 mL·min-1。所得纳米氧化钌粉体颗粒平均尺寸1.4 nm，颗粒呈球形，为金红石晶型结构，结合水含量为0.57个，比表面积为208 m2·g-1。 2、采用反应沉淀法结合表面改性制备纳米氧化钌分散体。考察了改性剂质量添加比、改性pH、水醇比以及陈化温度等各个工艺条件对分散体分散性的影响，得到较优工艺条件:改性剂质量添加比为30％，改性pH为1，分散液的水醇比为1∶2。所得纳米氧化钌分散体颗粒平均尺寸为1.2 nm，颗粒形貌为球形，其分散稳定性较好，放置12个月不发生沉降。 3、采用反应沉淀法结合煅烧原位负载制备纳米氧化钌-氮掺杂碳纳米管复合材料。考察了添加比、煅烧温度以及煅烧时间等工艺条件对复合材料复合效果、氧化钌颗粒尺寸以及其OER催化性能的影响，得到较佳工艺条件:三氯化钌与氮掺杂碳纳米管添加比为1∶2，煅烧温度300℃，煅烧时间24 h。所得纳米氧化钌-氮掺杂碳纳米管复合材料复合较好，负载的纳米氧化钌平均尺寸为2.4 nm。其起始过电位为179 mV，在电流密度为10mA·cm-1时过电位为303 mV，具有较高的OER催化性能。
复合材料;纳米氧化钌;氮掺杂碳纳米管;制备工艺;电解水析氧反应;催化性能
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
陈建峰
2017
中文
TQ426.6
95
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）