微波法制备二维过渡金属基化合物及其电催化性能研究
过渡金属基催化剂成本低，结构丰富，是很有潜力的电催化水裂解催化剂。二维纳米结构可以有效避免催化剂聚集，维持其良好的活性暴露面积，且二维结构具有稳定的电荷传输路径，有利于其催化活性和稳定性的提升。然而，传统的二维电催化材料的制备和改性手段通常需要长时间的高温退火过程，或者严苛的反应条件，影响生产成本和材料活性。因此，急需开发简单，快速的新方法以改进二维电催化材料的制备和改性工艺，优化其电催化性能。微波具有选择性加热，高能，简单方便的特点，已经被广泛应用到能源催化材料的制备和改性中。但针对微波法对二维碳化物和氧化物等的结构设计体系仍待进一步完善。对此，本论文研究了微波法对过渡金属碳化物和过渡金属基钙钛矿氧化物的二维结构构筑，并详细探究了碳化物，锶掺杂镧钴氧化物，镍掺杂镧锰氧化物在电催化水裂解中的应用。具体的研究内容如下: (1)通过微波脉冲糖吹法实现了超薄碳层终端二维过渡金属碳化物的超快速和简便的合成。该方法可在3min内快速获得一系列二维过渡金属碳化物，并可精确调控其表面碳层的厚度，其中碳层厚度为1nm的二维碳化钨(2DW2C)在酸性和碱性电解质中均表现出较高的HER活性和超长的耐久(100h)。此外，该微波脉冲法是一种通用的合成策略，实现了二维WC、Mo2C和MoC的普适性制备。 (2)通过微波冲击法快速制备了二维多孔La0.2Sr0.8CoO3钙钛矿。高能微波冲击过程可以精确地将Sr2+引入到LaCoO3晶格中，通过使用Sr取代La以增加Co的氧化态来增加氧空位的数量，可以显著提高材料的本征催化活性。所制备的La0.2Sr0.8CoO3在碱性电解质中表现出良好的OER性能，在10mA·cm-2处的过电位为360mV，Tafel斜率为76.6mV·dec-1。经过30,000s的长周期测试，电流密度保持在初始电流密度的97％。 (3)通过微波热冲策略制备了一系列二维多孔镍掺杂镧锰钙钛矿氧化物的制备。高能的微波实现了镍的精确掺杂，并精确调控其化学计量比，制备了LaNixMn1-xO3(x=0,0.2,0.4,0.6，0.8)一系列钙钛矿氧化物。由于Ni3+的掺杂和高氧化态的Mn4+使得其电催化OER性能得到明显提升，其中制备的LaNi0.8Mn0.2O3在碱性条件下表现出369mV的过电位和72.9mV·dec-1的Tafel斜率。
催化剂;碳化物;钙钛矿;二维结构;微波法
武汉纺织大学
硕士
纺织科学与工程
姜会钰
2023
中文
O643.36
2023-08-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）