二维纳米材料的制备及其电催化性能的研究
随着对可再生能源需求的日益增长，世界各国都在加紧努力研究可再生清洁能源，以取代化石燃料。氧还原反应(ORR)、析氧反应(OER)和析氢反应(HER)是金属-空气电池、燃料电池和水裂解等清洁能源技术的核心反应，对新能源发展起着至关重要的作用。然而，目前仍需要克服在电化学反应中动力学迟缓和过电位较大等问题。同时，由于铂基电催化剂和氧化铱催化剂的稀缺性和高成本，需要开发更加廉价的催化剂。除此之外，为了满足能源设备的实际需要，需要催化剂可以实现双功能催化，例如ORR/OER或者OER/HER。最近，由于二维(2D)材料拥有高比表面积、优异的力学性能和电导率，得到了广泛的研究。2D材料不仅可以增强本征活性，还能暴露出丰富的活性中心，有利于电催化反应。基于此，探索了两种简单合成二维催化剂的方法，为设计高活性催化剂提供了新思路。 1.研制出高性能的非贵金属双功能氧催化剂，来取代贵金属Pt-IrO2催化剂，应用于锌空电池，是具有十分重要的意义。在此，提出了一种将双金属纳米粒子镶嵌到氮掺杂多孔碳中，合成高活性双功能氧催化剂(CoNi/NG)的高效方法。与贵金属(Pt/C-IrO2)相比，双金属CoNi/NG催化剂具有更好的电催化活性和稳定性，这主要归功于CoNi合金的协同效应、丰富的活性中心(Co-N-C，Ni-N-C和N-C)、高比表面积和二维石墨烯结构。此外，以CoNi/NG为氧电极的锌空气电池具有良好的充放电性能、高功率密度(130.5mWcm-2)和良好的循环稳定性，这为研究锌空气电池双功能催化剂提供了一条新的路径。 2.这里，通过溶解-沉淀原理，设计了一种简单的合成方法，在泡沫镍上成功合成了掺Ru的Ni(OH)2纳米片。由于低含量Ru掺杂的2D Ni(OH)2纳米片与活性金属Ru团簇的协同效应，复合材料具有多个活性中心，这也优化了掺杂Ru的Ni(OH)2纳米片与泡沫镍之间的电子结构和导电途径。同时，聚苯胺的包覆和3D电极结构，有利于性能和稳定性的提高。因此，本工作不仅为HER催化剂的大规模应用提供了一种简便的策略，而且为全pH条件下的析氢提供了新的方向。
二维催化剂;合成工艺;锌空电池;析氢反应
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
曹达鹏
2019
中文
TQ426.6
2019-09-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）