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新型催化剂的合成及其催化电解水性能的研究

李如春  
【摘要】:不断增长的能源需求、日益严重的环境问题及其化学燃料的过度使用和殆尽刺激全世界去寻找清洁和可持续发展的新能源,因此,氢能源—被认为是二十一世纪最理想、最清洁的能源—进入了科学家们的眼球,成为现阶段研究和探索的热点,利用电解水技术产生氢能源也成为了世人关注的焦点之一。本论文以催化活性高、过电位低、稳定性优良的过渡金属氧化物、氢氧化物作为催化剂为主题,采用简单的合成方法制备Co Fe-LDH、Co3O4@Ni、Ni Mo O4@Ni电解水催化剂。通过XRD、SEM、HRTEM、XPS、氮气吸脱附测试等方法,对材料的形貌、结构特征进行了详细的分析。同时,通过线性扫描伏安法、计时电流法、阻抗测试等对材料的电解水性能进行了研究,具体研究包括以下几个方面:1.用低温回流法制备了介孔片状的Co Fe-LDH纳米材料,通过对该材料的结构和性能进行表征,结果表明Co Fe-LDH催化剂有较好的氧析出催化性能和优异的稳定性;同时,合成了一系列不同金属离子比例(Co:Fe)的催化剂,研究其催化性能,结果表明,当Co:Fe=4:1时,氧析出催化性能最佳。2.采用简单的水热合成法,将Co3O4直接生长在Ni foam上,命名为Co3O4@Ni;通过SEM表征,清楚地看到具有海胆状的球形纳米材料均匀的生长在Ni foam上,同时对其进行电化学性能测试,结果发现Co3O4@Ni催化剂表现出优异的氧析出和氢析出性能。与Co3O4纳米颗粒相比,Co3O4@Ni的优异的性能可能归功于优异导电性的基底、独特的形貌和介孔的结构。3.通过水热合成的方法制备了多种的Ni Mo O4@Ni纳米材料。利用不同的溶剂对其形貌进行控制,获得了具有球形、片状、纳米棒状的Ni Mo O4。电化学结果表明,球形Ni Mo O4催化剂具有突出的催化电解水的性能,同时,与已报道的催化剂相比,该催化剂表现出更低的起始电位和更好的稳定性。


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