无机三金属LDHs and GO@Ni--MOF复合物作为有效的全水解双功能电催化剂
在当今时代，社会迫切需要设计具有改进的晶体结构、改进的表面形态、孔径和表面积的多功能多孔纳米材料，以满足日益增长的全球能源消耗。为了达到预期的目标，人们对新材料进行了大量的探索。在这方面，层状双氢氧化物(LDHs)和金属有机骨架(MOFs)由于其多样性而受到了社会的广泛关注。不同的方法可以被用来研究晶体和被修饰催化剂的表面性质，如×射线粉末衍射(PXRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨率透射电子显微镜、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱分析以及热重分析(TGA)。 在这项研究中，通过水热合成的方法得到了泡沫镍(NF)基片上三金属超薄NiCoV层状双氢氧化物(LDHs)纳米片，这是一种非常有效的电极，它能在碱性环境下进行水的有效全分解。纳米片的横向长度约为数百纳米，宽度约为10纳米。从整个摩尔比例来看，摩尔比例为NiCoV-LDHs/NF(6∶1∶1)电极的效率最高。在1.0M KOH电解质中，498mV的中等电位下的OER（析氧反应）和-1.1V电位下的HER（析氢反应）能达到最佳的催化性能。其短塔菲尔斜率为160和79.0mV dec-1，进一步体现了该材料优良的性能。值得注意的是，该材料体现出来了优良的持久性和稳定性。碱性条件下，NiCoV-LDHs/NF(6∶1∶1)电极需要1.55V的电压能达到10mA cm-2的电流密度。该优良性能基本上归因于三金属系统的协同作用，并且催化性能会随着工作表面积的增加而提高。本研究提出了一种获得最大经济效益的镍基氢氧化物电催化剂用于全解水的好方法。 将硝酸镍六水合物与1，3，5-三羧酸连接体和供氮体4，4-联吡啶配体结合，并与氧化石墨烯(GO)配位，制备了基于金属镍的MOF和GO的杂化物(Ni-MOFGO)，并将不同含量的GO生长到NF上制备了Ni-MOFGO/NF杂化物。上述制备的Ni-MOFGO/NF杂化物是一种高活性、高效、稳定的双功能催化剂，对OER和HER具有较高的选择性。Ni-MOFGO/NF杂化碱性介质的电催化性能提高，稳定性高，这是因为其具有大的多孔支架结构，对于电荷载体的输送更为有效。Ni-MOFGO6％/NF在析氧反应(OER)的电流密度为0.25mAcm-2，电势为581mV，塔菲尔斜率为51mV dec-1和析氢反应(HER)的电流密度为50mAcm-2，电势为-1.26V，塔菲尔斜率为72mV dec-1的条件下，能表现出最佳的催化性能。本研究是以地球丰富的物质为基础，为建立经济、稳健的电催化体系打开了新的大门。
镍基氢氧化物电催化剂;制备工艺;多孔支架结构;电催化性能
北京化工大学
硕士
Chemical Engineering and Technology
季生福
2019
中文
TQ426.8
2019-09-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）