一、电化学技术制备高效析氢电极（论文文献综述）
李泊林[1]（2021）在《过渡金属硫化物/纳米碳界面结构设计及电解水催化特性调控》文中研究指明电解水反应的两个半反应,即析氢反应（HER）和析氧反应（OER）,存在较高的活化势垒,反应动力学速率慢,导致电解水制氢的过电位较大,而实际有意义的电解水需要1.8 V以上的电压。目前,基于Pt、Ru、Ir等贵金属催化剂被认为是最高效的电解水催化剂,但是它们在地球上的含量稀少、价格昂贵,因此开发高效的非贵金属电催化剂可以解决这一问题。其中,过渡金属硫化物由于其催化活性高、成本低廉、合成方法简单可靠等优点,成为理想的贵金属替代材料之一。然而,硫化物本质的双功能催化活性和稳定性不足等问题,导致在全电解水的实际应用中表现欠佳。本文围绕多组分设计、纳米形貌设计、碳包覆界面设计、异质元素掺杂设计四种方式来调控金属硫化物（以硫化镍为例）催化剂的表界面特性和电子结构,改变其表面的氧中间体吸附和氢吸附吉布斯自由能,同时提高HER和OER的双功能催化活性。具体的研究内容如下:（1）硫化镍多相界面结构及单一Ni3S2催化剂设计:本论文首先选择Ni S/Ni S2双硫化物作为案例,探讨了多相界面作用对HER和OER催化活性的影响,相比单一的Ni3S2催化剂电解水性能大幅增强(全电解测试Ni S/Ni S2在1.61 V时电流密度即可达到10 mA cm-2,比单一Ni3S2的1.79 V足足低了180 mV)。考虑到单一Ni3S2的性能欠佳,本文进一步以Ni3S2作为研究对象,通过Q-CVD技术进行了Ni3S2纳米颗粒、Ni3S2纳米多面体和Ni3S2纳米线等多尺度结构优化并进一步与三维（或氮掺杂）石墨烯构建复合结构,以达到大幅度提高Ni3S2纳米催化剂电解水催化效能的最终目标。（2）Ni3S2纳米颗粒@三维石墨烯纳米片催化剂设计:本文通过Q-CVD技术成功构建了泡沫镍（NF）自支撑的三维石墨烯纳米片包裹Ni3S2纳米颗粒（Ni3S2纳米颗粒@3-D GNs/NF）新型催化剂,高密度的Ni3S2纳米粒子分散在三维石墨烯的多孔网络,为高效催化组分的离子扩散和电子传输提供了双通道;金属硫化物的本征活性和石墨烯的增强效应对催化剂的优良催化性能起着主导作用。所合成的Ni3S2纳米颗粒@3-D GNs/NF可作为一种无粘结剂的自支撑催化电极,用于电催化分解水表现出显着的OER和HER催化活性(10 mA cm-2电流密度下OER和HER过电位为296 mV和158 mV,全电解测试达到10 mA cm-2电流密度的电压为1.55 V)。（3）Ni3S2纳米线@氮掺杂石墨烯纳米管催化剂设计:本文通过Q-CVD技术进一步制备了一种基于泡沫镍负载的新型Ni3S2纳米线@N掺杂石墨烯碳纳米管（Ni3S2@NGCLs/NF）,这种独特的核壳纳米线结构使其在催化反应中具有重要优势,通常电子可以从内核金属穿透到外部碳层加速催化反应。通过碳纳米管与Ni3S2纳米线的结合,碳纳米管的高导电性使得电子可以很容易地穿梭到Ni3S2纳米线上;碳纳米管的化学和机械稳定性提高了Ni3S2纳米线的催化稳定性;由于Ni OOH是OER的高活性物质,因此NGCLs包覆Ni3S2纳米线的核壳电缆状纳米结构为Ni3S2连续形成Ni OOH提供了缓释效应。因此Ni3S2@NGCLs/NF复合电催化剂在表现出良好的整体电催化分解水性能(10 mA cm-2电流密度下OER和HER过电位为271 mV和132 mV,全电解测试达到10 mA cm-2电流密度的电压为1.55 V)。（4）氮掺杂Ni3S2纳米立方体@氮掺杂石墨烯催化剂设计:本文通过Q-CVD技术最后制备了一种基于泡沫镍负载的氮掺杂Ni3S2纳米立方体和氮掺杂石墨烯复合体（N-Ni3S2@NG/NF）。碳材料及金属化合物的异质元素掺杂,对反应中间体在电催化剂表面的化学吸附具有较强的调制能力,能够有效地加速水的裂解速率而受到越来越多的关注。由于N-Ni3S2@NG/NF异质界面的原位生成、氮负离子的掺入和N掺杂碳包覆纳米立方结构,改变了Ni3S2的晶体结构和电子结构,从而使复合材料的催化活性显着提高。所制备的自支撑N-Ni3S2@NG/NF电极在碱性介质中对HER和OER均表现出高效的电催化活性(10 mA cm-2电流密度下OER和HER过电位为238 mV和100 mV,全电解测试达到10 mA cm-2电流密度的电压为1.53 V)。
周立海[2]（2021）在《钼基电催化体系的构建及其析氢性能研究》文中指出化石能源的过度使用加剧了环境污染和全球变暖,寻求新型绿色能源载体是当今世界最具挑战性的难题之一。氢能因其清洁、可再生能力和高能量密度受到了广泛关注。随着太阳能和风能发电的快速发展,光伏产业和风力发电产业在西北地区大力推广。然而,太阳能发电和风力发电由于自身间歇性、波动性等特点受空间时间等因素限制,电能输出不稳定。将电化学分解水技术与不稳定的可再生能源电力结合,可实现不稳定电能的高效利用和转化。而高效电催化剂的开发是电解水技术的核心挑战。目前,电解水析氢反应过程中析氢性能最好的催化剂是以Pt/C为主的贵金属催化剂。但其储量低且成本高,严重阻碍了其大规模应用。过渡金属由于其具有独特的物理化学特性和丰富的储量,被认为是有望替代贵金属催化剂并实现工业化的良好的催化剂,引发了研究人员的广泛关注。钼基化合物在较宽泛p H介质中的析氢反应具有良好的本征催化活性及稳定性,得到了广泛的应用。基于此,本论文主要以提高电极析氢性能为导向,利用界面工程思想,合理设计纳米材料的组成和结构,合成了钼基催化剂,并对其进行电催化性能研究。本论文详细研究构筑过渡金属-半导体Mott-Schottky异质结与电极材料的催化性能之间的构效关系,分析了异质界面对催化剂电子传输影响机制,提高了电极的电子传导能力;构筑电极表面晶态和非晶态界面,探讨其对催化性能的影响,分析了晶态与非晶态物质对电催化过程中的物质和电子传输的作用过程。具体研究内容如下:（1）过渡金属-半导体Mott-Schottky异质结的构筑对电子传输的促进作用研究。为了解决电催化析氢反应中过渡金属活性位点少、电导率低以及合成有限的问题,提出了调整电极组成和结构的策略。Mo@（2H-1T）-Mo Se2一体化电极是通过在Na2Se O3溶液中原位蚀刻钼网制备的,成功地形成了Mott-Schottky异质结。通过控制反应条件,实现了Mo Se2的相位和形貌的连续调制。异质结界面提供了丰富的活性位点,加速了电子转移速率,在酸性、碱性、中性和海水溶液体系中表现出良好的电催化活性和普适性。由于原位刻蚀法的简单性和可扩展性,一体化电极的面积可以任意扩展,Ni、Cu和W网也可以用来构造具有优异HER性能的一体化电极。这项工作提出了一个通用的方法来设计一系列有效的一体化电极,以实现大规模制备。（2）电极表面构筑晶态与非晶态协同催化界面对增强电子传输过程研究。针对电催化过程中过渡金属氢氧化物物质传质效率不高的问题,利用水热法在钛基集流体上构筑了晶态Ni（OH）2与非晶态Ni Mo S之间的协同催化界面。酸蚀和煅烧实验阐明了协同作用机制及晶态Ni（OH）2和非晶Ni Mo S的作用。在酸性溶液中,Ti@Ni（OH）2-Ni Mo S的HER性能主要归因于无定形Ni Mo S,而在中性、碱性和天然海水中,HER性能主要取决于晶态Ni（OH）2和非晶态Ni Mo S之间的协同催化作用。晶态Ni（OH）2促进水的离解动力学,转化得到的非晶态Ni Mo S作为反应平台,提供丰富的活性位点和优异的电子转移能力。通过电化学比表面积（ECSA）和电化学阻抗谱（EIS）分析,验证了其丰富的活性位点和优异的电子转移速率。在酸性、中性、碱性溶液和天然海水中,Ti@Ni（OH）2-Ni Mo S在电化学转化过程具有良好的反应动力学特性。本研究建立了Ti@Ni（OH）2-Ni Mo S电催化剂作为电化学水分解的高效催化剂,为设计全p H范围和天然海水中的高效析氢系统具有一定的指导作用。
辛建平[3]（2021）在《过渡金属化合物的功能导向性设计及其电化学性能研究》文中研究指明开发新型清洁可再生能源来取代对化石能源的依赖是应对能源危机和环境污染问题的一种重要解决途径。在众多能源解决方案中,氢气凭借其高能量密度以及环境友好性已经被视为一种高效且清洁的新型能源载体。探索开发可持续的制氢技术对氢能源的发展至关重要。电解水技术由于其高效、环保以及可持续的特点已经成为众多制氢途径中一个重要的研究方向,并展现出巨大的市场应用前景。设计开发低成本、高效且稳定的电催化剂取代贵金属催化剂是电解水技术广泛应用的关键。其中,过渡金属化合物由于其高效的催化活性以及低廉的成本已经受到了广泛的关注,其独特的结构优势和物理学性质为开发新型电催化剂奠定了基础,也为电催化剂材料结构优化策略的探究提供了一个开拓的平台。本论文通过对电化学水分解性能制约因素的分析,进行过渡金属化合物的功能导向性设计,从而实现结构的优化以及电子结构的调控,进而追求更加高效的电催化分解水性能。作者通过形貌调控、元素掺杂、界面工程以及与高导电基底复合等多种方法,对过渡金属化合物进行了导向性的结构优化,实现电催化水分解性能的优化提升,制备得到了一系列具有高催化活性的过渡金属电催化剂。本文中探究的过渡金属化合物功能导向性设计的优化策略为未来高效电催化剂的设计与开发提供新的思路和可行的途径。本论文主要包括以下几方面的内容:基于对结构设计和电子结构调控的认知,作者通过聚合反应和碳热还原方法设计并制备了钨掺杂碳化钼与氮磷掺杂碳杂化的纳米球电催化剂。球状纳米形貌和碳杂化结构赋予了催化剂独特的结构优势,使其具有大量的活性位点和良好的导电性,从而赋予催化剂优异的电催化析氢反应催化活性。通过电化学性能测试和理论计算分析相结合的方式系统地探究了钨元素掺杂对碳化钼析氢反应性能的影响,结果表明钨元素掺杂通过调控电子结构实现了电子态密度的增加以及氢吸附能的优化,从而导致了电催化剂导电性的提高和本征活性的提升,进而实现碳化钼电催化剂析氢反应催化活性的提升。经过结构设计和电子结构调控的碳化钼钨电催化剂驱动10 mAcm-2电流密度所需的过电位仅为133 mV,同时展现出较小的塔菲尔斜率（65 mV dec-1）和良好的电化学稳定性。这种杂化纳米球结构的合成方法以及元素掺杂的调控手段为未来高效电催化剂的功能导向性设计开发提供了可行的参考。基于对活性位点和导电性协同调控的理解,作者通过温和的一步电沉积在高导电性泡沫镍基底上制备了垂直生长的新型亚硒酸镍钴纳米网络结构催化剂。多孔的纳米网络结构具有更大的比表面积以及畅通的离子渗透通道,有利于更多活性位点的暴露和反应的持续进行。纳米网交联的结构为催化剂内部电子转移提供了可行的途径,高导电性泡沫镍基底有助于提升电极和催化剂之间的电荷传输,从而共同确保了催化反应过程中快速的电子转移。多级多孔结构为催化反应过程中催化剂的体积变化和气体释放提供了足够的缓冲空间和可行的通行路径,赋予了催化剂良好的电化学稳定性。此外,电化学实验探究和理论计算分析表明,镍钴双金属协同效应有效减小电催化剂的带隙,实现导电性的提高,从而导致析氧反应催化活性的提升。活性位点和导电性协同优化的新型亚硒酸镍钴电催化剂展现出卓越的析氧反应催化活性和优异的稳定性。这种活性位点和导电性协同调控的优化策略对新型高效电催化剂的开发具有重要的借鉴意义。基于对结构调控和界面效应的探索,作者通过连续电沉积和高温煅烧的方法制备了垂直生长在碳布上的氮掺杂碳纳米棒和磷化镍钴的复合材料。氮掺杂碳纳米棒的引入通过增大金属磷化物的分散性实现更多活性位点的暴露,通过构建高导电的电子快速转移通道促进催化反应过程中的电子转移,这种用氮掺杂碳纳米棒支撑的结构调控手段同时实现了活性位点数目的增加和导电性的提升。此外,氮掺杂碳纳米棒与磷化镍钴之间构建的界面效应有效调控了催化剂表面氢结合强度,从而实现催化剂本征活性的提高。经过结构调控以及有效界面构建的复合电催化剂展现出优异的析氢和析氧反应催化活性,全分解水性能测试驱动10 mA cm-2电流密度所需的电压仅为1.62V,同时展现出良好的电化学稳定性。这种氮掺杂碳纳米棒支撑的结构调控手段以及有效界面构建的优化策略为未来高效电催化剂的设计和优化提供了可行的途径。作者利用多种结构优化手段对过渡金属化合物进行功能导向性设计与调控,实现电催化剂活性位点数目的增加以及导电性的提升,进而提高电催化剂催化反应活性。探究开发的功能导向性优化策略为未来高效电催化剂的设计与优化提供了可行参考和理论指导。经过功能导向性调控制备得到的电催化剂展现出高效的催化活性和良好的稳定性,有望成为贵金属电催化剂的高效替代者,为电解水技术的发展提供了可行的催化剂供给。
房小繁[4]（2021）在《钴基析氢催化剂的制备及其于微生物电解池MEC中产氢性能的研究》文中研究说明随着全球经济高速发展,当今世界面临着两大难题:1、传统能源的日益枯竭;2、环境污染问题日趋严重。寻找绿色、可持续的替代能源以及解决环境污染问题已成为科研工作者的研究热点。氢能作为21世纪最具有潜力的绿色无污染清洁能源,洁净的制氢体系包括:电解水制氢、光分解水制氢、光电结合分解水制氢、微生物电解池（MEC）制氢等。其中光分解水制氢和光电结合分解水制氢技术尚未成熟;虽然电解水制氢体系目前比较成熟,但因耗电量大、成本较高受到了一定的限制。然而,微生物电解池（MEC）制氢可以在低能耗的条件下,既可以实现废水处理,又可同时实现电能或氢能的回收,在一定程度上,同时解决废水资源的高效利用以及能源枯竭的缓解问题。微生物电解池（MEC）制氢体系中,阴极是催化析氢的关键,成本低廉、高效且稳定的析氢催化剂成为实现微生物电解池全面推广制氢必须解决的问题。本论文开发一系列价廉、高效且稳定的非贵金属Co基析氢催化剂,并首次将其用于微生物电解池（MEC）体系制备氢气。通过调控析氢催化剂的微观结构,使其暴露更多的活性位点,进而来提高析氢催化剂的性能。我们通过对复合析氢催化剂的结构、形貌和电化学性能等进行分析研究,探索了复合催化剂阴极在微生物电解池（MEC）中析氢的机理。具体内容如下:（1）采用水热法在泡沫镍上原位生长3D仙人球状纳米结构的Co（OH）F,得到Co（OH）F/NF复合析氢催化剂,将其首次作为MEC中阴极析氢材料。Co（OH）F/NF复合电极的纳米结构可有效增大比表面积,暴露更多活性位点,增强电子传输能力,并为气体的释放提供通道,最终测试产氢量达到0.89±0.04(m3·m-3·d-1)。其复合电极的塔菲尔斜率达到61.84(m V·dec-1),且根据线性扫描结果显示Co（OH）F/NF复合电极的催化性能优于空白泡沫镍电极。（2）采用水热法在预先处理好的泡沫镍（NF）基体上沉积榴莲状纳米结构的CoFe2O4片层,得到CoFe2O4/NF复合析氢催化剂。再通过单极脉冲电化学沉积技术在CoFe2O4/NF上沉积绒毛状Co Ni-LDH,得到Co Ni/CoFe2O4/NF复合析氢催化电极,首次将其应用于微生物电解池MEC体系中制氢。在外加电压为0.7V条件下,Co Ni/CoFe2O4/NF复合析氢催化剂与Co Ni/NF、CoFe2O4/NF进行比较,产生的电流密度分别为30.45(A·m-2)、27.25(A·m-2)、23.77(A·m-2),产生的氢气量分别为1.25±0.06(m3·m-3·d-1)、0.63±0.03(m3·m-3·d-1)、0.52±0.02(m3·m-3·d-1)。扫描线性伏安法和塔菲尔斜率分析均表明Co Ni/CoFe2O4/NF复合催化材料的析氢性能优于Co Ni/NF和CoFe2O4/NF复合电极。
赵子铭[5]（2021）在《氮化碳基催化剂的构筑及电催化还原性能的研究》文中研究说明大量化石能源的使用所带来的环境污染和能源枯竭问题已日趋严重,使用环保技术开发可再生无碳清洁能源储存与转化成为当前发展的迫切需求。电化学技术作为一种环保、高效的工业技术,在绿色能源储存与转化领域具有重要的应用价值。在电催化绿色能源转化与储存的研究中,如氢能的制备、氮气还原制氨等技术的开发,都涉及阴极的电催化还原反应。因此,开发活性高、稳定性好且成本低的电催化剂,是提高阴极还原反应效率的关键。电催化剂的本征催化活性是由活性中心的吸附能力及导电性决定的,调节材料的电子结构和几何结构能够有效增强其催化性能。近年来的研究表明,氮化碳（C3N4）材料由于稳定性好,具有丰富的氮含量易于配位金属,拥有丰富的纳米多级结构易于调控等特点,可作为催化剂电子结构和几何结构调控的理想平台。因此,本论文通过合理的设计和处理工艺,合成以氮化碳为基底的高活性非贵金属及无金属电催化剂代替贵金属催化剂,并借助物理表征以及理论计算揭示催化剂和催化反应间的构效关系和活性起源。具体研究内容包括以下四个部分。1.金属在强酸性电解液中极易被腐蚀失活,而在金属外层包覆氮化碳壳层则能够提高其稳定性及催化活性。因此,利用金属与非金属配位策略,通过电聚合、煅烧法,在泡沫铜上原位合成出由C3N4包裹的Cu SCN（即Cu SCN/C3N4）,用作析氢反应（HER）中的催化/工作电极。实验结果证明,Cu SCN/C3N4表现出与商业化的Pt/C催化剂几乎相同的析氢活性(电流密度为10 m A cm-2时的过电位仅为85 m V)和良好的稳定性（20小时以上）。利用EXAFS等技术对催化剂结构进行分析发现,原位形成的Cu SCN和C3N4之间存在界面N-Cu-S配位,从而使得电子结构发生改变,成为催化HER的主要活性位点。此外,通过控制电聚合时间,可以使Cu1+离子的配位结构发生显着变化,进而阐明不同配位结构对HER性能的影响。密度泛函理论计算表明,电子可以从Cu SCN穿透并富集到C3N4壳层表面,为HER提供电子。氢在Cu SCN上的结合能较强,而在C3N4上的结合能较弱,因此Cu SCN与C3N4结合后的相互作用可以使ΔGH*值更接近0 e V。此外,该电催化剂依托于三维多孔泡沫铜结构,有利于电解液的渗透,进一步增强了其催化活性。2.在前期研究的基础上,利用金属与非金属配位,采用热解法在C3N4上原位形成MoS2,一步合成出具有Mo-N配位的MoS2/C3N4催化剂,并将其应用于电催化氮还原反应中（NRR）。该催化剂表现出较高的NRR催化活性(其氨产量为19.86μg h-1 mg-1cat.,法拉第效率为6.87%)和良好的稳定性（18小时以上）。进一步的结构分析表明,在MoS2层和C3N4层的形成过程中,二者产生强烈的相互作用,形成了界面Mo-N配位,促进了电子在MoS2/C3N4异质界面上的转移。形成的Mo-N配位作为电催化NRR的高效活性位点,可以促进N2的吸附和活化。此外,由于MoS2层垂直于C3N4层并呈现出三维立体的蜂窝状结构,这使得催化剂的比表面积增大,促进了反应物与活性位点的充分接触。同时,C3N4基底使电催化剂具有良好的稳定性,并为电子传递提供了途径。3.由于多数NRR电催化剂的性能受制于阴极HER的竞争,基于以上研究基础,进一步探索在无金属情况下,将C3N4结构进行调整后用于电催化NRR。采用简单可行的方法对C3N4结构进行调控,制备出具有丰富氮空位和较大比表面积的多孔2D C3N4-NV,并将其作为高效的无金属NRR电催化剂。该电催化剂在0.1M HCl电解液中对NRR具有良好的催化活性及稳定性（20小时以上）,其氨产量为17.85μg h-1 mg-1cat.,法拉第效率为10.96%。结构表征结合密度泛函理论计算分析表明,2D C3N4-NV中的氮空位能够富集电子,主动捕获并活化氮分子,成为高效催化NRR的活性中心。同时,该催化剂可降低NRR中决速步骤的能垒(ΔGPDS),稳定反应中间体;通过对其HER机理研究发现,较强的ΔGH*(>ΔGPDS)阻碍了H*→H2（Heyrovsky步骤）的形成,有效抑制了阴极HER的竞争。此外,形成的多孔结构及二维超薄纳米片结构进一步增大了催化剂的比表面积,使得更多的活性位点暴露,从而提高其NRR性能。4.进一步研究在中性条件下具有高活性及良好稳定性的无金属NRR电催化剂。通过对C3N4进行P掺杂并结合氮空位结构设计,成功合成了一种在中性溶液中高效、稳定的无金属NRR催化剂P-NV-C3N4。实验结果表明,该电催化剂在0.1M Na2SO4电解液中对NRR具有优异的催化活性及稳定性（20小时以上）,其氨产量为28.67μg h-1 mg-1cat.,法拉第效率为22.15%。结构表征结合密度泛函理论计算表明,P掺杂能有效促进水的分解,为氮气还原提供氢源。同时,N空位结构会显着抑制HER通路的形成,阻碍Heyrovsky步的发生并促进对N2的吸附及活化。此外,P掺杂且富含N空位的P-NV-C3N4能降低NRR过程中的吉布斯自由能垒和ΔGPDS能垒,稳定反应中间体,从而提高了其NRR性能。
冯坤[6]（2020）在《金属基纳米复合材料的高效电化学分解水研究》文中研究指明由于全球经济的快速发展以及人口的不断增长,在整个世界范围内对能源的需求持续快速增长,但是对化石燃料的过度依赖导致环境问题日益严重,因而发展可再生的清洁能源是目前一大热点问题。氢能是最洁净的可再生能源之一,在众多的清洁能源中,氢能无疑最有希望能够在未来替代化石燃料继而构建以氢气为载体的新型绿色能源体系,而可持续性的制氢技术是实现这一目标的前提。电解水技术可以无污染地将电能转换为可储存的氢气,是一种高效且有前景的能源转换技术,该技术的大力发展对于建立环境友好的能源体系具有非常重要的意义。文献调研发现,虽然经过多年的研究和探索,电解水制氢领域已经取得了较大成果,但是电解水反应（析氧和析氢反应）仍旧面临许多困难,比如过电位较大、催化剂不稳定等,而这些直接导致经济损失和能源浪费。因此,设计并发展具备廉价、高效、稳定等特性的电解水催化剂,提高电解水产氢技术的能源转换效率,对于氢能的有效利用具有重大意义。本论文旨在设计高活性、高稳定的新型纳米材料并将其用在析氧/析氢反应研究中。采用材料纳米化、基底复合、过渡金属硫化等处理方式制备了多种高效析氧/析氢反应催化剂。利用静态的同步辐射吸收谱技术研究催化剂材料的电子结构,并采用原位同步辐射吸收谱技术实时监测反应过程中的电子结构变化,深入探索催化剂电子结构与性能之间的构效关系,同时借助于理论计算模拟催化反应过程,继而揭示析氧/析氢催化反应机理,为进一步设计新型高效催化剂提供理论基础。本论文的研究内容与相关结果阐述如下:1.设计了一种超小的PtOx纳米颗粒并将其原位生长于碳纳米管上,其中的Pt以混杂的化学态形式存在（R-PtOx/CNT）,该催化剂在碱性HER中展现了出色的催化活性,在10 mA cm-2电流密度处的过电位仅为19.4 mV,在过电位0.1 V处的质量活性达到5.56 AmgPt-1,并且可以持续稳定工作20小时以上。该材料的Pt含量虽然只有标准催化剂20 wt%Pt/C的十分之一,但是它的催化性能却比后者要更加优秀。同步辐射吸收谱（XAS）数据揭示,R-PtOx/CNT之所以性能优异且非常稳定的原因是由于碳纳米管上的Pt以混合化学态的形式存在,其中包含大量Pt-O活性位点,同时金属态的Pt与碳纳米管形成Pt-C相互作用,这样既可以固定纳米颗粒,又可以增强催化剂材料与基底之间的协同作用。2.通过对Fe基MOFs进行温和的硫化处理,成功得到一种高效的OER电催化剂（FeMOFs-SO3）,该催化剂仅需要218 mV的过电位就可以达到10 mA cm-2的电流密度。FeMOFs-SO3在大电流下表现优异,在500和1000 mA cm-2处的过电位分别为298和330 mV,并且在1000 mA cm-2下持续稳定工作100小时后仍旧可以保持97%以上活性。更重要的是,该催化剂在50℃下活性进一步得到提高,1000 mA cm-2处的过电位较小至296 mV,并且依旧可以持续稳定工作100小时以上,满足大面积工业生产的需求。借助于XAS和密度泛函数理论（DFT）计算发现,FeMOFs-SO3的优异性能是由于在传统电催化路径上级联了新的热催化路径。在热催化过程中,材料中的-SO3基团可以从*OH或者*OOH中抓取H+,继而极大地降低了 OER反应所需要的过电位。3.对负载于泡沫镍上的FeNi-LDH进行硫化处理,得到保留有LDH层状结构的硫化铁镍化合物（S-FeNi/NF）。该材料在析氧/析氢反应中都展现了出色的催化活性,分别需要220和85.5 mV过电位就可以达到10 mA cm-2的电流密度,稳定性也很好。将S-FeNi/NF同时作为正负极时,它在全解水反应中表现出色,仅需要1.53和1.81 V就可以分别达到10和100 mA cm-2电流密度,超过商业Pt/C和RuO2的组合电极性能。结合XAS和电化学测试结果发现,S-FeNi/NF在活化过程中发生表面重构,生成了新的Ni2+Fe3+OOH活性结构,更重要的是,即使经过长时间的反应,样品亚表面稳定存在Ni-S和Fe-S结构,这些金属-硫位点可以作为助催化剂协同Ni2+Fe3+OOH有效催化HER和OER,使其兼具优异的全解水活性和稳定性。4.在高温高压环境下,制备出了基于A2B’B"O6型双钙钛矿结构（La2RhRuO6）。研究发现在1400℃下制备得到的材料一LRRO-1400,其HER性能最佳,在10 mA cm-2处的过电位仅为20 mV,且稳定性很好,5000次CV循环后其活性几乎没有衰减。同步辐射吸收谱数据显示,LRRO中含有大量M-O活性位点,使催化剂具备优异的HER活性。此外,反应后催化剂的电子结构和化学态几乎没有变化,表现出了优异的稳定性。
王丛[7]（2020）在《过渡金属氮化物制备、微结构调控及其超级电容、电催化产氢性质研究》文中研究说明经济社会的快速发展和人们对美好生活的向往使得能源短缺问题越来越突出。当今社会发展所使用的主流能源依然是石油、煤炭、天然气等化石能源,随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重,开发清洁、可持续的能源来代替化石燃料迫在眉睫。随着由风能、太阳能、潮汐能等可再生能源所产生的电能被应用在社会生产的各个领域,人们对电能的快速存储提出更高要求,超级电容器以其高功率密度、极短充电时间、超长的循环寿命和强环保性能等特点在能量存储领域受到了广泛关注。随着可持续发展观念的进一步普及,人们对生态环境和绿色能源越来越重视,除了以上可再生能源外,氢能作为新型能源,以其高能量密度、循环可再生和环境友好等特点,且与燃料电池技术的结合可以直接应用于现有的电气设备,成为未来社会代替化石能源最具潜力的新型能源。电解水制氢技术是目前最优的方式之一,目前的电催化产氢电极主要利用贵金属Pt,其低储量和高价格极大地限制了电催化产氢技术在未来实际生产中的广泛应用。因此,基于超级电容器和电催化产氢技术未来的发展前景,对高性能、低成本的超级电容器电极材料和非贵金属电催化产氢电极的探索和设计成为能量存储和转化的重要前提,对实现电能快速存储和氢能广泛利用具有重要推动作用。过渡金属氮化物因其独特的物理和化学性质在能量存储与转化领域,尤其在超级电容器和电催化产氢领域受到越来越多的关注。过渡金属氮化物形成过程中,氮原子掺入金属晶格中,引起原金属d轨道的收缩,从而使其成为接近贵金属催化剂的电子结构。而且,由于氮原子的半径较小,在形成化合物时易于嵌入金属晶格的空隙位置,使得金属原子在很大程度上保持原有的密堆积结构。这种结构使得过渡金属氮化物具有较高的导电性,同时氮的掺入使其获得优良的抗腐蚀性能,这些优点使得过渡金属氮化物在能量存储与转化领域异军突起,成为超级电容器电极材料和电催化产氢材料的重要研究内容。基于超级电容器和电催化产氢技术在能量存储和转化的重要应用,针对目前超级电容器和电催化产氢催化剂存在的问题,本论文以具有优良物理化学性能的过渡金属氮化物（TiN、VN、MoN、WN）作为主要研究对象,从材料结构与性能的关系入手,结合纳米材料制备和微结构调控技术,通过对过渡金属氮化物的形貌、组分、缺陷等参数进行调控,研究其对超级电容器存储性能和电催化分解水产氢性能的影响规律,并结合理论计算模拟研究电催化分解水产氢热力学过程,进一步提高过渡金属氮化物材料在能量存储和转化方面的相关性能。在此基础上,通过材料复合,基于复合材料界面、缺陷、电子结构协同作用,对其超级电容器存储性能和电催化分解水产氢性能进一步优化,设计制备具有高效电荷存储性能和电催化分解水产氢性能的新型能源存储与转化材料的相关设计理论、制备方法和调控手段,进一步推动和促进过渡金属氮化物材料在能源存储与转化领域的应用。本论文的主要研究内容及结论如下:在第一章中,首先简单介绍了能源存储和转化的重要意义,并简要介绍了超级电容器和电催化产氢技术的研究背景及意义、基本原理和活性评价指标,并对超级电容器和电催化产氢技术的研究进展做了简单介绍,然后就过渡金属氮化物在超级电容器和电催化产氢中的应用做了系统的介绍,包括过渡金属氮化物材料的制备、性能以及改性策略等,通过分析现有氮化物材料在超级电容器和电催化产氢催化剂所存在的问题,提出了基于材料结构与性能的关系,通过纳米材料制备和微结构调控,进一步提高过渡金属氮化物超级电容性能和电催化产氢性能的研究思路,并对本论文的选题意义进行了简单讨论。在第二章中,主要开展了 TiN自支撑纳米阵列和VN/C自支撑复合电极的制备及超级电容性质的研究。（1）通过水热-高温氮化方法,在导电基底Ti片上原位合成具有不同形貌的TiN纳米结构。通过调节反应温度、时间等参数,对前驱体的形貌和微结构进行调控,制备了具有多孔结构的TiN纳米片阵列,该阵列完美保持了前驱体的纳米薄片结构,具有较大比表面积,为电子传输提供更多运输路径,同时纳米片上的孔洞结构有利于增加电解液与材料的有效接触,为电子提供更多吸附位点。而Ti片同原位制备的TiN纳米结构之间具有良好的界面接触,可有效降低TiN与Ti基底间的电阻,加快电子的传输。经过电容性能测试,其最高质量比电容为81.63 F g-1;同时该电极表现出良好的稳定性,在经过2500次循环后仍能保持100%的电容量。将两片电极与固态电解质组装成器件后测得较高的体积比电容,以及较高的能量密度和功率密度。（2）在泡沫镍上制备了 VN/C自支撑复合材料电极,通过改变壳聚糖水溶液的加入量,对样品的表面形貌进行调控。其中,具有花片状纳米结构的VN/C电极表现出最好的超级电容性能,在扫描速度为2 mV s-1时获得较高的电容为386.6 F g-1,在高电流密度下仍可以保持良好的倍率性能。通过分析发现,花片状VN/C具有良好超级电容性质的原因主要归结为:壳聚糖经过高温氮化后转化为碳材料均匀分散在VN中,提高了 VN的导电性,促进电子传输;花片状纳米结构具有较大比表面积,增加了电极同电解液的接触面积,并为电子的传输提供更多的运输路径,加快电子转移,在双电层电容的形成过程中吸附更多的电子,增加复合材料体系的电荷存储量,提升其电容性能;导电基底同VN的良好界面接触,可降低界面接触电阻,提升电子传输的有效性,并且省去了繁杂的电极制备工作。实验结果证明,形貌调控获得大比表面积以及提高材料导电性加快电子传输可以有效改善材料的电容性能。在第三章中,主要开展了 MO2N/Ce02复合电催化剂及其电催化分解水产氢性能的研究。基于Ce02价态的灵活转换和氧空位对水吸附和解离的促进作用,通过两步水热和后续氮化的方法在泡沫镍上合成了具有多孔结构的纳米薄片MO2N与Ce02复合材料,并详细研究了其在电催化产氢方面的性能。通过对比电催化HER测试结果发现,该复合材料体系的催化活性远远高于单一相的MO2N和Ce02,在碱性介质中测得其过电位仅为26 mV（10 mA cm-2）,并且在多电流（10、20、50、100和150 mAcm-2）稳定性测试（25 h）中保持良好的稳定性,在恒电压下经过100 h产氢测试仍能保持稳定的电流密度。实验数据分析和DFT计算结果表明,在Mo2N/Ce02@NF复合材料中,Mo2N与Ce02之间存在较强的电子相互作用,Ce02的引入有利于促进分解水过程中水的吸附与解离,并显着降低中间产物和产物的能量势垒,从而促进电催化产氢反应的进行。相关工作为制备高效复合电催化产氢催化剂提供了新的制备方法和设计思路。在第四章中,主要研究了不同钼源制备的MoNx/Ce02形貌对其电催化分解水产氢性能的影响。选用不同钼源（磷钼酸、钼酸和钼酸铵）,在负载有Ce02的泡沫镍上原位合成了具有不同形貌的MoNx。实验结果表明,利用钼酸铵合成的MONx多孔纳米薄片,相较于利用其他两种钼源制备的海胆状MoNx和板状MoNx,具有更大的电化学活性面积、比表面积和足够的空隙,可以更多地暴露材料表面活性位点,促进催化反应的进行。Mo3+是电催化反应的活性中心,样品表面元素XPS分析发现,利用钼酸铵制备的样品含有较高浓度的Mo3+。经过电催化产氢测试表明,利用钼酸铵制备的样品表现出最优的产氢活性（29 mV）,以及最小的 Tafel 斜率（32 mV dec-1）,低于 Pt/C 的 Tafel 斜率（35 mV dec-1）,而且长时间的产氢实验证明该样品具有良好的产氢稳定性。因此,通过调节电催化剂的形貌与微结构,使其具有大的电化学活性面积,有效暴露材料的活性位点,促进载流子的传输,从而提升材料的电催化产氢性能。第五章中,主要通过材料复合的方法,制备了不同过渡金属氮化物与Ce02复合的电催化材料,并研究了其电催化产氢性质。通过水热和高温氮化的方法在泡沫镍上制备了片状结构的WN/Ce02/NF和VN/Ce02/NF,其微结构由纳米颗粒组成,可为电催化产氢反应提供更多的反应活性位点。电催化性能测试发现,WN/Ce02/NF和VN/Ce02/NF表现出同Pt/C相媲美的催化活性,其达到10 mA cm-2电流密度时的过电位分别为26和24 mV,Tafel斜率分别为31.4和30 mV dec-1,且具有良好的产氢稳定性。通过对不同气氛下制备的复合材料进行研究发现,其优异的电催化性能得益于过渡金属氮化物与Ce02两相之间的协同作用,使得整个复合材料体系展现出优异的电催化活性和长期稳定性。在此基础上,进一步研究了 Ni-N/Ce02/NF、Cu-N/Ce02/NF、WN/Ce02/NF 和 VN/Ce02/NF 复合材料的电催化产氢性能,发现过渡金属氮化物同Ce02复合,其电催化产氢活性均可显着提高,从而证明了该策略具有一定的普适性,为探索制备高活性非贵金属电催化产氢材料提供了新的策略。在第六章中,对本论文的主要研究内容进行了总结,并对本论文研究工作的主要创新点进行了简要表述,最后针对本论文研究工作存在的不足之处进行了简要分析,并对下一步拟开展的研究工作计划进行了展望。总之,经过本论文的研究,证明过渡金属氮化物在能量存储与转化方面,特别是超级电容器和电催化产氢催化剂方面,具有优异的性能和广泛的应用前景。基于材料结构与性能的关系,通过对材料进行形貌调控及构建复合材料体系,是改善其超级电容和电催化产氢性能的有效途径,为探索具有新型高效过渡金属氮化物超级电容和电催化产氢材料,推动其在能量存储与转化领域的实际应用具有重要意义。
陈思琦[8]（2020）在《膨胀石墨复合电极材料制备及电化学性能研究》文中进行了进一步梳理近年来,全球环境状况日益严重,环境保护及污染物处理问题受到大家高度重视。电化学技术由于其独特的优点在环境保护方面发挥着重要作用。氢能作为一种理想,无污染,有效的可再生能源,可以帮助解决化石燃料燃烧引起的环境污染问题。电解水是一种简单、成熟的产氢技术,但适当有效的电催化剂对实现该技术在电化学析氢反应（HER）中的工程应用至关重要。二硫化钼（MoS2）由于价格低廉,催化活性高等特点备受人们关注,但它本身较差的导电性以及边缘活性位点暴露的较少而限制了其工程应用。因此,克服这两个缺点使其成为理想的析氢材料是当前研究的重点。所以本课题利用膨胀石墨（EG）这种优良导体改善MoS2层间传导差的问题,来提高它的HER性能。本课题以自制的膨胀石墨复合基（EGM）电极作为载体利用水热法制得MoS2/EGM复合材料,研究了其在全pH环境下的HER性能。结果表明得益于EGM卓越的电导率,MoS2/EGM-2在酸性介质中表现出230 mV(j=10 mA·cm-2)的低过电位,77 mV·dec-1的低Tafel斜率,较低的电荷转移电阻值0.919Ω·cm2以及12 h的长循环稳定性。此外,其在中性和碱性电解质中也具有较好的电催化析氢活性。印染废水由于其成分复杂、难降解,且成分中的有机物大多都是致癌的,现已成为我国各大水域的重要污染源。电化学方法降解印染废水具有成本低、能量效率高、降解彻底以及用途多样性等特点被广泛应用。但电化学降解有机物主要集中于阳极过程的研究,而对阴极材料的研究较少,这是因为电化学阴极材料在降解过程中存在H2O2产量少,析氢副反应抑制了阴极的还原反应导致电流效率低等缺点。所以本研究利用析氢活性不高的EG和具有还原氧特性的MnO2通过电沉积法制备出MnO2/EGM电极并将其作为阴极材料应用于电化学降解罗丹明B（RHB）的实验中。结果表明当初始pH值为2,电流密度为40 mA·cm-2,电解质浓度为0.15 mol/L,RHB初始浓度为8 mg/L,反应温度为25℃时,RHB在电解30 min后达到最大脱色率为94.43%。
汪淑娟[9]（2020）在《胆碱类离子液体电化学制备镍基电极材料及其析氢性能研究》文中研究表明随着社会的发展,化石燃料日益枯竭和诸多环境问题迫使人们寻求新型的清洁能源。氢能作为潜在的替代者,具有能量密度高、对环境友好、地球丰度高等优点,被公认为绿色能源载体。当前,碱性水电解制氢是可持续制氢的最有前景的方法之一。但是电解水的能耗仍然太高,因此,研发具有低过电位及高催化活性的阴极材料是降低其能耗的关键。铂族金属（如Pt和Pd）基催化剂具有过电位低、塔菲尔斜率低、交换电流密度高、析氢反应稳定性好等优点,是最具吸引力的阴极析氢催化剂材料。然而,昂贵的成本和地球储量少限制了贵金属基催化剂的商业应用。近年来,地球丰度高、成本较低的过渡金属基催化剂在碱性条件下已逐渐显示出巨大的催化潜力。其中Ni基阴极材料具有较好的析氢催化活性,而且在碱性条件下具有良好的耐蚀性和稳定性,是取代贵金属基材料的理想材料之一,但其具有的催化活性及循环稳定性仍然有待提高。本论文以提高镍基电极材料的析氢催化活性为目的,从能量因素和几何因素两个方面来设计具有不同形貌的自支撑镍基电极材料。研究采用离子液体作为新型电解液,通过电化学技术实现对自支撑镍基电极材料的绿色环保、低能耗、无添加剂以及无导电剂的短流程制备方式,进一步研究镍基电极材料的微观结构与析氢催化性能之间的关联与规律。本论文首先采用两种常见的低共熔溶剂体系:氯化胆碱-尿素（ChCl-Urea）和氯化胆碱-乙二醇（ChCl-EG）制备出了自支撑微米/纳米结构镍电极材料。然后,选用能够制备出析氢性能较好阴极材料的ChCl-EG离子液体,分别加入活性炭（AC）和50 nm碳（C）颗粒,制备出了具有三维花状形貌结构的Ni-AC、Ni-C复合电极材料,同时采用不同对电极、参比电极制备出了含Ag、Pt的Ni-AC复合电极材料。此外,以NiCl2·6H2O和CoCl2·6H2O为原料,以铜片或者泡沫镍为基底制备出了Ni-Co/Cu、Ni-Co/NF电极材料。同时,通过添加AC、50 nm C颗粒或碳纳米管（CNT）并以泡沫镍作为基底材料制备出了自支撑Ni-Co-AC/NF、Ni-Co-C/NF、Ni-Co-CNT/NF复合电极材料。此外,结合Pt对电极溶解的方法制备出了Ni-Co-Pt-AC/NF复合电极材料。本文系统研究了离子液体中Ni（II）络合阴离子的电化学还原行为,分析了多种Ni基电极材料的组成、形貌以及电子结构,提出了碳颗粒在复合电沉积过程中对铂对电极、银参比电极溶解的影响机理设想,探讨了电极材料的微观结构与析氢催化性能之间的关联性与影响规律。主要研究结果如下:（1）Ni（Ⅱ）→Ni（0）在两种胆碱类离子液体介质（1ChCl:2Urea和1ChCl:2EG）中的还原过程为扩散控制的准可逆过程,且为一步两电子转移过程:Ni2++2e–→Ni。在328 K时,Ni（II）在ChCl-Urea和ChCl-EG两种离子液体中扩散速率分别为3.66×10–8 cm2 s–1和8.67×10–8 cm2 s–1,通过改变离子液体种类以及调控阴极电位可以获得不同微米/纳米形貌结构的自支撑Ni电极材料。与1ChCl:2Urea离子液体介质相比,在1ChCl:2EG-NiCl2·6H2O（0.2 M）电解液中以–0.6 V的阴极电位获得的具有纳米针状形貌结构的自支撑Ni电极材料,具有更好的析氢催化活性(η100=324 m V),其Tafel斜率为162 m V dec–1。沉积的纳米Ni镀层具有1.53m F cm–2的双电层电容(Cdl),是商用Ni片的7倍左右,说明了纳米针状形貌的自支撑Ni电极材料的电化学活性表面积相对更大。（2）AC颗粒在1ChCl:2EG-NiCl2·6H2O（0.2 M）电解液中的分散性相比于水溶液更好,离子液体用于复合电沉积避免了其他添加剂的使用,简化了实验过程。在添加了碳颗粒（AC或50 nm C）的1ChCl:2EG-NiCl2·6H2O（0.2 M）电解液中制备出了自支撑Ni-AC、Ni-C复合电极,不同形貌碳颗粒的加入不会改变复合镀层的物相及表面化学状态,但会影响其形貌结构。此外,通过改变碳颗粒的添加量可以调控三维花状形貌结构复合镀层的形成。具有花状形貌结构的Ni-AC、Ni-C复合电极相对于Ni电极具有更高的比表面积和更好的析氢催化活性。其中Ni-0.3AC复合电极在电流密度为10 m A cm-2和100 m A cm-2时的过电位分别为114 m V和257 m V,具有良好的析氢催化活性和稳定性,说明碳颗粒的加入有利于增大析氢反应的实际表面积,有效降低析氢反应过程中的过电位,从而降低能耗。（3）在添加了AC颗粒的1ChCl:2EG-NiCl2·6H2O（0.2 M）电解液中,通过使用Pt对电极和Ag参比电极（CE-Pt,RE-Ag）,制备出了含Ag和Pt的Ni-AC复合电极,相比于使用Ni对电极和非水银参比电极（CE-Ni,RE-NAg）制备的Ni-AC复合电极,前者具有更好的析氢催化活性。进一步研究发现其主要原因是因为添加了AC颗粒后,在复合电沉积过程中Pt对电极和Ag参比电极发生了溶解,使得在阴极形成了Ni-Ag-Pt-AC复合镀层,从而具有更好的催化活性。具有优异HER性能的3D花椰菜状形貌结构的Ni-Ag-Pt-0.5AC（CE-Pt,RE-Ag）具有较小的过电位,在电流密度为10 m A cm–2和100 m A cm–2时分别过电位分别为48 m V和135 m V,且具有相对较大的电化学活性表面积,其Cdl为22.2 m F cm–2。此外,研究发现添加不同含量的AC颗粒对Ni-AC复合镀层的形貌以及Pt、Ag的含量都具有重要影响。DFT计算进一步证实了Pt/Ag电极表面可以与Cl–发生很强的相互作用,碳颗粒的加入从而进一步致使其溶解,基于此,提出了AC颗粒促进Pt/Ag电极表面溶解反应的猜想机理。这些结果为可控合成含铂复合材料提供了一种新的方法,同时也表明了在复合电沉积过程中,Pt对电极和Ag参比电极的溶解行为应作为综合考虑的重要因素。（4）以1ChCl:2EG-NiCl2·6H2O-CoCl2·6H2O为电解液,分别在铜片（Cu）和泡沫镍（NF）基底上在不同电位下电沉积制备出了自支撑Ni-Co/Cu、Ni-Co/NF电极材料,结果表明不同阴极电位下可以获得不同Ni、Co含量以及不同形貌结构的Ni-Co电极材料。相对于Ni/Cu电极,Ni-Co电极具有更好的析氢催化活性。此外,以泡沫镍作为基底的三维Ni-Co电极材料相对于铜片基底的Ni-Co电极材料具有更好的析氢催化活性以及更大的比表面积,在10 m A cm–2和100 m A cm–2电流密度下的析氢过电位分别为133 m V和247 m V,其Cdl值为4.7 m F cm–2。（5）以三维泡沫镍作为基底,在添加了碳颗粒（AC、50 nm C或碳纳米管（CNT））的1ChCl:2EG-NiCl2·6H2O-CoCl2·6H2O电解液中,采用复合电沉积技术制备出了自支撑Ni-Co-AC/NF、Ni-Co-C/NF、Ni-Co-CNT/NF复合电极材料。此外,采用Pt电极作为对电极,结合Pt对电极溶解的思路,在添加了碳颗粒（AC）的1ChCl:2EG-NiCl2·6H2O-CoCl2·6H2O电解液中制备出了自支撑Ni-Co-Pt-AC/NF复合电极材料。相对于Ni-Co/NF电极材料,碳颗粒的加入会影响镀层的形貌结构,此外,不同形貌碳颗粒的加入不改变其物相组成以及表面化学状态。自支撑Ni-Co-AC/NF、Ni-Co-C/NF、Ni-Co-CNT/NF复合电极材料表现出了比Ni-Co/NF电极材料更高的析氢催化活性,尤其是Ni-Co-AC/NF复合电极材料,在10 m A cm–2和100 m A cm–2电流密度下的析氢过电位分别为51 m V和197 m V,且具有相对更高的电化学活性表面积,其Cdl为19.7 m F cm–2。使用Pt对电极后制备得到的Ni-Co-Pt-AC/NF具有更好的析氢催化活性,在10 m A cm–2和100 m A cm–2电流密度下的析氢过电位分别为50 m V和117 m V。结果表明Pt对电极的使用能够成功制备出含铂电极材料。在三维多孔基底结构以及引入活性元素Co的基础上,再引入Pt元素,并且通过添加第二相复合颗粒可进一步增大真实表面积,从而有利于促进析氢反应,并有效降低析氢过电位,使该复合材料具有优异的析氢催化活性。
刘炳武[10]（2020）在《双金属复合物微纳米材料的制备及其电化学性能的研究》文中进行了进一步梳理双金属复合物微纳米材料具有很多特点,如丰富多彩的微观结构,高比表面积,良好的导电性,特色的相互协同作用等,可作为电化学能量存储材料、电催化材料、光催化材料、电分析检测材料等,被广泛应用于锂离子电池、电分析检测技术、电催化水分解、无酶葡萄糖传感器和其他新兴领域。因此,采用简单、可控和绿色的方法,制备各种低成本的双金属复合物功能微纳米材料,具有重要意义。本论文主要采用电化学法、连续离子层吸附反应法和光化学还原法快速制备了几种双金属复合物微纳米材料,用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线粉末衍射仪以及X射线光电子能谱对所制备的双金属复合物微纳米材料进行了表征,将其应用于无酶葡萄糖传感和电催化分解水。具体内容如下:1.通过电化学方法,制备了由米粒状Cu/Ni（OH）2纳米粒子紧密堆积而成的层状微片新型复合薄膜材料。在2 mol dm-3 NaOH溶液中施加方波电势脉冲（5 Hz,0.2 V～-1.7 V,相对于饱和硫酸亚汞SMSE电极）处理光滑的Cu-Ni-Zn圆盘电极,可在短时间内（1500 s）制备上述微纳米复合材料。Cu-Ni-Zn电极表面在0.2 V下氧化为Zn（OH）42-,CuOOH和NiOOH,在-1.7 V还原为Cu纳米线和Ni（OH）2纳米片的复合物,生成的Zn（OH）42-溶解于溶液中。合金中Zn的存在及其从合金表面的溶解对层状微片纳米复合物的形成起着关键作用。米粒状Cu/Ni（OH）2纳米复合物构成的层状微片扩大了薄膜的活性表面积,并具有协同相互作用,从而增强了其对葡萄糖的电催化氧化和电传感性能。用该薄膜可以构建先进的无酶葡萄糖传感器,具有检测限低(0.37μmol dm-3)、灵敏度高(3624(μA mmol dm-3)-11 cm-2、线性范围宽（2μmol dm-3至6.11 mmol dm-3）、重现性好、稳定性长（可保存五周）等优点,能应用于人体血糖的定量分析。2.泡沫镍表面微纳粗糙处理和复合修饰改性用于电解水。泡沫镍（NF）是具有三维网状结构的非贵金属,因其导电性好、孔隙率高等优点在电催化领域中广为应用。本文利用方波电势脉冲法（0 V～-1.8V,200 Hz,500 s）对泡沫镍进行表面粗糙处理,得到微纳尺度的粗糙表面;再经循环伏安法处理,得到微纳结构的ANF/Ni（OH）2复合物析氢电极;继续采用连续离子层吸附反应法（SILAR）修饰适量的Fe,得到微纳结构的ANF/Ni（OH）2/Fe（OH）2复合物析氧电极。泡沫镍经上述表面处理和修饰改性,可高效电催化分解水。在1 mol dm-3 KOH溶液中,用所制电极分别作为阳极和阴极构成两电极电解池,表现出优异的电解水性能,电流密度达到10 mA cm-2时,只需施加1.63 V的电压。10 h电解测试表明,该电解池用于分解水时具有较强的稳定性。3.纳米金属氧化物负载微量Pt用于电催化分解水析氢。采用光化学法还原纳米氧化物（氧化钛和氧化钨）载体上吸附的氯铂酸,得到纳米复合物电催化剂。探究了不同Pt负载量对催化剂的析氢性能的影响,并与20%Pt/C商品电催化剂的析氢效果进行了对比。其中,WO3-0.25μmol Pt基于几何面积的析氢电流密度和基于铂质量的析氢电流密度都优于20%Pt/C的商品电催化剂。在0.5 mol dm-3 H2SO4中,几何析氢电流密度为10 mA cm-2时,析氢超电势为仅为29 mV。该制备方法简单、快速,无需添加其他的还原剂和任何保护剂。
二、电化学技术制备高效析氢电极（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、电化学技术制备高效析氢电极（论文提纲范文）
（1）过渡金属硫化物/纳米碳界面结构设计及电解水催化特性调控（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 电解水催化原理 |
| 1.2.1 HER催化原理 |
| 1.2.2 OER催化原理 |
| 1.2.3 双功能催化原理 |
| 1.3 过渡金属硫化物研究进展 |
| 1.3.1 过渡金属硫化物结构特性 |
| 1.3.2 过渡金属硫化物电解水催化机理 |
| 1.3.3 过渡金属硫化物纳米结构合成方法 |
| 1.4 Ni_3S_2/纳米碳界面材料研究进展 |
| 1.4.1 Ni_3S_2/纳米碳界面材料制备进展 |
| 1.4.2 Ni_3S_2/纳米碳界面材料电化学应用进展 |
| 1.4.3 Ni_3S_2/纳米碳界面材料的先进设计策略 |
| 1.5 本论文的研究目的、内容和创新点 |
| 1.5.1 本论文主要研究目的 |
| 1.5.2 本论文主要研究内容 |
| 1.5.3 本论文的独创或新颖之处 |
| 参考文献 |
| 第二章 实验与表征 |
| 2.1 实验材料与试剂 |
| 2.2 实验仪器与设备 |
| 2.3 实验与表征 |
| 2.3.1 物相表征 |
| 2.3.2 电化学测试 |
| 2.3.3 理论计算 |
| 第三章 泡沫镍支撑硫化镍多相界面结构设计及电解水催化特性调控 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 试剂以及前驱体准备 |
| 3.2.2 Ni S/Ni S_2独立电极制备 |
| 3.2.3 Ni_3S_2独立电极制备 |
| 3.2.4 结构表征方法 |
| 3.2.5 电化学测量 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 结构表征 |
| 3.3.2 电化学测量 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 Ni_3S_2纳米颗粒@三维石墨烯纳米片自支撑电极设计及电解水催化特性研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验 |
| 4.2.1 材料 |
| 4.2.2 合成材料 |
| 4.2.3 材料表征 |
| 4.2.4 电化学测量 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 结构表征 |
| 4.3.2 电化学性能 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 Ni_3S_2纳米线@氮掺杂石墨烯纳米管自支撑电极设计及电解水催化特性研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验 |
| 5.2.1 样品制备 |
| 5.2.2 结构表征 |
| 5.2.3 电化学测量 |
| 5.2.4 第一原理计算 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 氮掺杂Ni_3S_2纳米立方体@氮掺杂石墨烯自支撑电极设计及电解水催化特性研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验 |
| 6.2.1 试剂以及前驱体准备 |
| 6.2.2 N-Ni_3S_2@NG独立电极制备 |
| 6.2.3 结构表征方法 |
| 6.2.4 电化学测量 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 结构表征 |
| 6.3.2 电化学分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 致谢 |
| 获奖(项目)情况以及研究成果 |
（2）钼基电催化体系的构建及其析氢性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 电解水析氢原理 |
| 1.2.1 通用机理 |
| 1.2.2 氢吸附机理—HBE理论 |
| 1.2.3 双功能机理 |
| 1.3 电催化剂性能的评估 |
| 1.3.1 过电势 |
| 1.3.2 Tafel斜率 |
| 1.3.3 电化学交流阻抗 |
| 1.3.4 稳定性 |
| 1.3.5 法拉第效率 |
| 1.3.6 转化频率 |
| 1.4 钼基电催化剂的研究进展 |
| 1.4.1 单金属钼基催化剂 |
| 1.4.2 多金属钼基催化剂 |
| 1.4.3 钼基复合物催化剂 |
| 1.5 本课题研究意义和主要研究内容 |
| 1.5.1 研究意义 |
| 1.5.2 主要研究内容 |
| 第二章 实验部分 |
| 2.1 实验药品 |
| 2.2 实验仪器 |
| 2.3 结构表征 |
| 2.3.1 X射线衍射测试 |
| 2.3.2 扫描电子显微镜测试 |
| 2.3.3 高分辨透射电子显微镜测试 |
| 2.3.4 激光拉曼光谱测试 |
| 2.3.5 X射线光电子能谱测试 |
| 2.3.6 电感耦合等离子体光学发射光谱质谱测试 |
| 2.4 性能表征 |
| 2.4.1 线性伏安扫描法 |
| 2.4.2 电化学交流阻抗 |
| 2.4.3 计时电流法 |
| 2.4.4 电化学活性表面积 |
| 2.4.5 法拉第效率 |
| 第三章 相位工程调控的Mo@(2H-1T)-MoSe_2一体化电极的大规模合成用于全p H和海水中高效析氢 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 催化电极的制备 |
| 3.2.2 理论计算 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 Mo@MoSe_2 的表征分析 |
| 3.3.2 Mo@(2H-1T)-MoSe_2 的电化学性能分析 |
| 3.4 结论 |
| 第四章 基于协同催化界面工程的晶态 Ni(OH)_2/非晶态 NiMoS混合催化剂用于全p H及海水高效析氢 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 Ti@Ni(OH)_2-NiMoS的表征分析 |
| 4.3.2 Ti@Ni(OH)_2-NiMoS的电化学性能分析 |
| 4.3.3 结晶Ni(OH)_2 与非晶 NiMoS 的协同催化机理 |
| 4.3.4 非晶态NiMoS 在 Ti@Ni(OH)_2-NiMoS 中的作用 |
| 4.4 结论 |
| 第五章 总结和展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间科研成果 |
（3）过渡金属化合物的功能导向性设计及其电化学性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 电催化分解水原理概述 |
| 1.2.1 电催化分解水反应催化机理 |
| 1.2.2 电催化分解水反应的性能参数 |
| 1.3 过渡金属电催化剂的研究进展 |
| 1.3.1 析氢反应电催化剂的研究进展 |
| 1.3.1.1 过渡金属硫族化合物 |
| 1.3.1.2 过渡金属氮化物 |
| 1.3.1.3 过渡金属磷化物 |
| 1.3.1.4 过渡金属碳化物 |
| 1.3.2 析氧反应电催化剂的研究进展 |
| 1.3.2.1 过渡金属/合金 |
| 1.3.2.2 过渡金属氧化物 |
| 1.3.2.3 过渡金属氢氧化物 |
| 1.3.2.4 过渡金属磷化物 |
| 1.4 选题依据与研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 基于电子结构调控的碳化钼纳米球无序结构的构建及其电催化析氢反应性能研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 材料制备 |
| 2.2.2 表征手段 |
| 2.2.3 电化学测试 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 结构表征 |
| 2.3.2 电催化析氢反应性能研究 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 基于结构工程的亚硒酸镍钴多孔纳米片-泡沫镍多级结构的构建及其电催化析氧反应性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 材料制备 |
| 3.2.2 表征手段 |
| 3.2.3 电化学测试 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 结构表征 |
| 3.3.2 电催化析氧反应性能研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 基于界面工程的磷化镍钴纳米片二级三维结构的构建及其电催化水分解反应性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 材料制备 |
| 4.2.2 表征手段 |
| 4.2.3 电化学测试 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 结构表征 |
| 4.3.2 电催化水分解性能研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 结论 |
| 5.1 主要结论 |
| 5.2 主要创新点 |
| 5.3 未来需要解决的问题 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
| 附录 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（4）钴基析氢催化剂的制备及其于微生物电解池MEC中产氢性能的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 微生物燃料电池(MFC) |
| 1.3 微生物电解池(MEC) |
| 1.3.1 微生物电解池的工作原理及特点 |
| 1.3.2 微生物电解池的分类 |
| 1.3.3 阳极材料 |
| 1.3.4 阴极材料 |
| 1.4 本课题研究内容及主要工作 |
| 1.4.1 研究思路 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 第2 章 实验材料及测试方法 |
| 2.1 实验试剂与材料 |
| 2.2 实验仪器 |
| 2.3 主要分析表征方法 |
| 2.3.1 扫描电子显微镜(SEM) |
| 2.3.2 透射电子显微镜(TEM) |
| 2.3.3 能谱仪(EDS) |
| 2.3.4 X射线衍射仪(XRD) |
| 2.3.5 X射线光电子能谱仪 |
| 2.3.6 气相色谱分析仪 |
| 2.3.7 线性扫描伏安法 |
| 2.3.8 塔菲尔曲线 |
| 2.4 实验材料的处理 |
| 2.4.1 碳毡的预处理 |
| 2.4.2 质子交换膜的预处理 |
| 2.4.3 泡沫镍的预处理 |
| 2.4.4 微生物细菌的活化 |
| 第3章 Co(OH)F修饰泡沫镍阴极应用于MEC体系中产氢性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验药品 |
| 3.2.2 微生物阳极驯化 |
| 3.2.3 Co(OH)F/NF阴极的制备 |
| 3.2.4 MEC制氢 |
| 3.2.5 电化学性能测试 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 阳极驯化 |
| 3.3.2 阴极材料SEM与 EDS分析 |
| 3.3.3 阴极材料XRD分析 |
| 3.3.4 阴极材料XPS分析 |
| 3.3.5 阴极材料电化学性能分析 |
| 3.3.6 气体成分分析 |
| 3.3.7 MEC复合阴极的稳定性测试 |
| 3.4 本章总结 |
| 第4章 CoNi/CoFe_2O_4修饰泡沫镍阴极及其于MEC体系中产氢性能的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 微生物阳极的启动 |
| 4.2.2 CoNi/CoFe_2O_4/NF复合催化剂的制备 |
| 4.2.3 MEC启动 |
| 4.2.4 表征 |
| 4.2.5 电化学性能测试 |
| 4.2.6 产氢性能的测试 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 SEM分析 |
| 4.3.2 XRD分析 |
| 4.3.3 XPS分析 |
| 4.3.4 电化学性能的对比分析 |
| 4.3.5 阳极性能的分析 |
| 4.3.6 MEC产气性能分析 |
| 4.3.7 MEC复合阴极的稳定性测试 |
| 4.4 本章总结 |
| 第5章 结论、创新点与展望 |
| 5.1 主要结论 |
| 5.2 论文主要的创新点 |
| 5.3 建议与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
（5）氮化碳基催化剂的构筑及电催化还原性能的研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 电催化还原反应 |
| 1.2.1 研究背景 |
| 1.2.2 电催化析氢反应(HER) |
| 1.2.2.1 历史背景 |
| 1.2.2.2 反应原理 |
| 1.2.2.3 催化机理 |
| 1.2.2.4 性能评估参数 |
| 1.2.3 电催化氮还原反应(NRR) |
| 1.2.3.1 历史背景 |
| 1.2.3.2 反应原理 |
| 1.2.3.3 催化机理 |
| 1.2.3.4 性能评估参数 |
| 1.3 氮化碳基催化剂 |
| 1.3.1 氮化碳材料简介 |
| 1.3.2 氮化碳材料的功能化 |
| 1.3.3 氮化碳基电催化剂在HER和NRR中的应用 |
| 1.4 论文选题意义和研究内容 |
| 1.4.1 选题意义 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 具有界面N-Cu-S配位的CuSCN/C_3N_4电催化剂及其析氢性能研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 试剂与原料 |
| 2.2.2 仪器与设备 |
| 2.2.3 催化剂的制备 |
| 2.2.4 催化剂的表征 |
| 2.2.5 电化学测试 |
| 2.2.6 DFT和TOF计算方法 |
| 2.3 实验结果与讨论 |
| 2.3.1 催化剂的红外,拉曼表征 |
| 2.3.2 催化剂的XRD,XPS表征 |
| 2.3.3 催化剂的SEM,TEM表征 |
| 2.3.4 催化剂的EXAFS表征 |
| 2.3.5 催化剂的HER性能 |
| 2.3.6 密度泛函理论计算 |
| 2.3.7 催化剂的稳定性,EIS和电化学活性面积 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 原位合成具有Mo-N配位的MoS_2/C_3N_4催化剂用于电催化N_2还原为NH_3 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 原料与试剂 |
| 3.2.2 仪器与设备 |
| 3.2.3 催化剂的制备 |
| 3.2.4 催化剂的表征 |
| 3.2.5 电化学测试 |
| 3.2.6 产物检测 |
| 3.2.7 TOF计算 |
| 3.3 实验结果与讨论 |
| 3.3.1 催化剂的红外,XRD表征 |
| 3.3.2 催化剂的SEM,TEM表征 |
| 3.3.3 催化剂的X射线光电子能谱(XPS)表征 |
| 3.3.4 催化剂的NRR性能 |
| 3.3.5 催化剂的循环能力,EIS和电化学活性面积 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 具有丰富氮空位和增大比表面积的无金属C_3N_4电催化剂及其在氮还原反应中的性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 原料与试剂 |
| 4.2.2 仪器与设备 |
| 4.2.3 催化剂的制备 |
| 4.2.4 催化剂理化性质表征样品的制备及表征条件 |
| 4.2.5 电化学测试 |
| 4.2.6 产物检测 |
| 4.2.7 密度泛函理论(DFT)计算 |
| 4.3 实验结果与讨论 |
| 4.3.1 催化剂的FTIR,XRD表征 |
| 4.3.2 催化剂的TEM,EDX表征 |
| 4.3.3 催化剂的XPS表征 |
| 4.3.4 催化剂的EPR,BET表征 |
| 4.3.5 催化剂的NRR性能 |
| 4.3.6 催化剂的NRR、HER机理研究 |
| 4.3.7 催化剂的循环能力和EIS |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 磷掺杂富含氮空位的C_3N_4以增强对氮还原反应的电催化活性 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 原料与试剂 |
| 5.2.2 仪器与设备 |
| 5.2.3 催化剂的制备 |
| 5.2.4 催化剂理化性质表征样品的制备及表征条件 |
| 5.2.5 电化学测试 |
| 5.2.6 产物检测 |
| 5.2.7 密度泛函理论(DFT)计算 |
| 5.3 实验结果与讨论 |
| 5.3.1 催化剂的TEM表征 |
| 5.3.2 催化剂的XRD,XPS表征 |
| 5.3.3 催化剂的EPR,BET表征 |
| 5.3.4 催化剂的NRR性能 |
| 5.3.5 催化剂的循环能力,EIS和电化学活性面积 |
| 5.3.6 催化剂的NRR机理研究 |
| 5.3.7 催化剂的HER机理研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 结论 |
| 在学期间的研究成果 |
| 致谢 |
（6）金属基纳米复合材料的高效电化学分解水研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 电化学催化反应 |
| 1.2.1 电化学的起源与定义 |
| 1.2.2 电化学反应概述 |
| 1.2.3 电化学反应电极体系 |
| 1.3 析氢反应 |
| 1.3.1 电解水制氢现状 |
| 1.3.2 HER基本原理 |
| 1.3.3 HER催化剂性能评判 |
| 1.3.4 碱性HER催化剂研究进展 |
| 1.4 析氧反应 |
| 1.4.1 OER反应概述 |
| 1.4.2 OER催化剂性能评判 |
| 1.4.3 碱性OER催化剂研究进展 |
| 1.5 析氢/析氧双功能催化剂 |
| 1.6 同步辐射吸收谱技术介绍 |
| 1.7 本论文的研究目的、意义和研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 碳纳米管负载超小PtO_x纳米颗粒用于电化学析氢反应 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 实验试剂及表征仪器 |
| 2.2.2 R-PtO_x/CNT样品制备 |
| 2.2.3 HER电化学性能测试方法 |
| 2.3 实验结果讨论与分析 |
| 2.3.1 R-PTO_x/CNT的形貌与结构表征 |
| 2.3.2 R-PtO_x/CNT的HER性能表征 |
| 2.3.3 R-PtO_x/CNT的HER催化反应机制研究 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 硫化处理Fe基MOFs用于电化学析氧反应 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验试剂及表征仪器 |
| 3.2.2 Fe_(MOFs)-SO_3样品制备 |
| 3.2.3 OER电化学性能测试方法 |
| 3.2.4 DFT计算方法 |
| 3.2.5 Fe_(MOFs)-SO_3催化OER反应动力学模型推导 |
| 3.3 实验结果讨论与分析 |
| 3.3.1 Fe_(MOFs)-SO_3的形貌和结构表征 |
| 3.3.2 Fe_(MOFs)-SO_3的OER性能表征 |
| 3.3.3 Fe_(MOFs)-SO_3的OER催化反应机理解释 |
| 3.3.4 结果讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 硫化物协同Ni~(2+)Fe~(3+)OOH用于高效双功能全解水 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 实验试剂及表征仪器 |
| 4.2.2 S-FeNi/NF样品制备 |
| 4.2.3 催化剂电化学性能测试方法 |
| 4.3 实验结果讨论与分析 |
| 4.3.1 S-FeNi/NF的形貌和结构表征 |
| 4.3.2 S-FeNi/NF的电化学分解水性能表征 |
| 4.3.3 S-FeNi/NF催化HER和OER反应的机理性研究 |
| 4.3.4 S-FeNi/NF的全解水性能表征 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 双贵金属钙钛矿La_2RhRuO_6用于电化学析氢反应 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 实验试剂及表征仪器 |
| 5.2.2 La_2RhRuO_6样品制备 |
| 5.2.3 La_2RhRuO_6电化学HER性能测试方法 |
| 5.3 实验结果讨论与分析 |
| 5.3.1 La_2RhRuO_6的形貌和结构表征 |
| 5.3.2 La_2RhRuO_6的碱性HER性能 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 攻读学位期间本人出版或公开发表的论着、论文 |
| 致谢 |
（7）过渡金属氮化物制备、微结构调控及其超级电容、电催化产氢性质研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 第一节 简介 |
| 1.1.1 引言 |
| 1.1.2 超级电容器的基本原理 |
| 1.1.3 电催化分解水产氢的基本原理 |
| 第二节 超级电容器电极材料和电催化分解水产氢材料的研究进展 |
| 1.2.1 超级电容器电极材料的研究进展 |
| 1.2.2 电催化分解水电极材料的研究进展 |
| 第三节 金属氮化物在超级电容器和电催化分解水产氢中的应用 |
| 1.3.1 金属氮化物的研究进展 |
| 1.3.2 过渡金属氮化物的研究进展 |
| 1.3.3 过渡金属氮化物在超级电容器和电催化产氢中的应用 |
| 1.3.4 优化过渡金属氮化物超级电容器和电催化产氢应用中性能的策略 |
| 第四节 选题意义与研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 形貌调控优化过渡金属氮化物电容性能的研究 |
| 第一节 引言 |
| 第二节 Ti片上构建自支撑TiN纳米阵列及其电容性能研究 |
| 2.2.1 引言 |
| 2.2.2 实验部分 |
| 2.2.3 结果与讨论 |
| 2.2.4 本节小结 |
| 第三节 泡沫Ni上构建VN/多孔碳复合材料的电容性能研究 |
| 2.3.1 引言 |
| 2.3.2 实验部分 |
| 2.3.3 结果与讨论 |
| 2.3.4 本节小结 |
| 第四节 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 构建氮化物/氧化物复合电极优化电催化材料析氢性能的研究 |
| 第一节 引言 |
| 第二节 MoN_x/CeO_2复合物电极的强电子协同作用实现碱性条件下高效析氢反应 |
| 3.2.1 引言 |
| 3.2.2 实验部分 |
| 3.2.3 结果与讨论 |
| 3.2.4 本节小结 |
| 第三节 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 形貌调控以及提高活性离子浓度优化氮化物电催化析氢性能的研究 |
| 第一节 引言 |
| 第二节 优化钼源的选择调控形貌以及Mo~(3+)浓度提升MoN_x碱性析氢性能 |
| 4.2.1 引言 |
| 4.2.2 实验部分 |
| 4.2.3 结果与讨论 |
| 4.2.4 本节小结 |
| 第三节 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 构建复合物对其他过渡金属(Ni、Cu、W和V)氮化物电催化产氢性能影响的研究 |
| 第一节 引言 |
| 第二节 CeO_2对MN/CeO_2 (M=Ni、Cu、W、V)电催化产氢性能影响的研究 |
| 5.2.1 引言 |
| 5.2.2 实验部分 |
| 5.2.3 结果与讨论 |
| 5.2.4 本节小结 |
| 第三节 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间获奖情况、公开发表的论文 |
| 附录：英文论文（原文） |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（8）膨胀石墨复合电极材料制备及电化学性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 析氢反应 |
| 1.2.1 电化学析氢技术及原理 |
| 1.2.2 常见的析氢电极材料及其研究现状 |
| 1.3 印染废水降解的研究现状 |
| 1.3.1 印染废水处理方法及研究现状 |
| 1.3.2 电化学法降解印染废水概况与工艺发展现状 |
| 1.4 课题研究内容及创新点 |
| 1.4.1 课题研究内容 |
| 1.4.2 课题创新点 |
| 第2章 实验材料与方法 |
| 2.1 实验材料与仪器 |
| 2.2 催化材料的表征测试方法 |
| 2.2.1 扫描电子显微镜及能谱分析 |
| 2.2.2 X射线衍射分析 |
| 2.2.3 X衍射光电子能谱分析 |
| 2.3 析氢催化材料的电化学表征方法 |
| 2.3.1 线性扫描伏安测试 |
| 2.3.2 塔菲儿极化曲线 |
| 2.3.3 交流阻抗测试 |
| 2.3.4 循环伏安法测试 |
| 2.3.5 电化学稳定性测试 |
| 2.4 催化材料降解罗丹明B的研究方法 |
| 2.4.1 罗丹明B浓度的测定方法 |
| 2.4.2 H_2O_2浓度的测定 |
| 2.4.3 有机物浓度的测定 |
| 第3章 膨胀石墨复合基的制备及表征分析 |
| 3.1 膨胀石墨的制备 |
| 3.1.1 膨胀石墨的制备 |
| 3.2 膨胀石墨复合基的制备及表征分析 |
| 3.2.1 膨胀石墨复合基的制备 |
| 3.2.2 膨胀石墨复合基的表征分析 |
| 3.3 析氢电极复合材料的制备及表征分析 |
| 3.3.1 析氢电极复合材料的制备 |
| 3.3.2 析氢电极复合材料的表征分析 |
| 3.4 二氧化锰/膨胀石墨基复合材料的制备及表征分析 |
| 3.4.1 二氧化锰/膨胀石墨基复合材料的制备 |
| 3.4.2 二氧化锰/膨胀石墨基复合材料的表征分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 二硫化钼/膨胀石墨基复合材料的电化学析氢性能研究 |
| 4.1 二硫化钼/膨胀石墨基复合材料在酸性条件下的析氢性能研究 |
| 4.1.1 线性扫描伏安法研究 |
| 4.1.2 塔菲儿极化曲线研究 |
| 4.1.3 交流阻抗法研究 |
| 4.1.4 循环伏安法研究 |
| 4.1.5 电化学稳定性研究 |
| 4.2 二硫化钼/膨胀石墨基复合材料在中性和碱性条件下的析氢性能研究 |
| 4.2.1 线性扫描伏安法研究 |
| 4.2.2 塔菲儿极化曲线研究 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 二氧化锰/膨胀石墨基复合材料电化学降解罗丹明B的研究 |
| 5.1 各个实验因素对罗丹明B的脱色效果影响 |
| 5.1.1 初始pH值对罗丹明B脱色效果的影响 |
| 5.1.2 电流密度对罗丹明B脱色效果的影响 |
| 5.1.3 电解质浓度对罗丹明B脱色效果的影响 |
| 5.1.4 罗丹明B初始浓度对其脱色效果的影响 |
| 5.1.5 反应温度对罗丹明B脱色效果的影响 |
| 5.2 罗丹明B在最优条件下TOC的测定分析 |
| 5.3 罗丹明B的降解动力学 |
| 5.3.1 不同初始pH下罗丹明B的降解动力学特征 |
| 5.3.2 不同电流密度下罗丹明B的降解动力学特征 |
| 5.3.3 不同电解质浓度下罗丹明B的降解动力学特征 |
| 5.3.4 不同罗丹明B的初始浓度下的降解动力学特征 |
| 5.3.5 不同反应温度下罗丹明B的降解动力学特征 |
| 5.4 二氧化锰/膨胀石墨基复合材料电化学降解罗丹明B的机理分析 |
| 5.4.1 二氧化锰/膨胀石墨基电极上电化学反应的循环伏安研究 |
| 5.4.2 紫外可见扫描光谱图分析 |
| 5.4.3 罗丹明B降解过程中H_2O_2浓度的分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
| 致谢 |
（9）胆碱类离子液体电化学制备镍基电极材料及其析氢性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 本文的主要创新点 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 制氢方法 |
| 1.3 电解水制氢的简介 |
| 1.3.1 碱性电解水的机理 |
| 1.3.2 析氢阴极材料的评价指标 |
| 1.3.3 提高阴极析氢催化活性的方法 |
| 1.4 析氢电极材料研究进展 |
| 1.4.1 常见析氢电极材料 |
| 1.4.2 镍基电极材料的研究进展 |
| 1.4.3 析氢电极材料的制备方法 |
| 1.5 离子液体 |
| 1.5.1 离子液体的发展 |
| 1.5.2 离子液体的性质 |
| 1.5.3 离子液体的应用 |
| 1.5.4 低共熔溶剂的简介 |
| 1.5.5 低共熔溶剂电沉积研究进展 |
| 1.5.6 低共熔溶剂复合电沉积研究进展 |
| 1.6 论文的主要研究内容 |
| 第二章 实验材料与研究方法 |
| 2.1 实验试剂与仪器 |
| 2.1.1 实验试剂及材料 |
| 2.1.2 实验仪器 |
| 2.2 Ni基电极材料的制备 |
| 2.2.1 电解液的配制 |
| 2.2.2 基底材料的预处理 |
| 2.2.3 电极材料的制备 |
| 2.3 表征方法 |
| 2.4 电化学测试 |
| 2.4.1 电化学过程分析 |
| 2.4.2 电化学性能测试 |
| 2.5 密度泛函计算(DFT) |
| 第三章 胆碱类离子液体电沉积制备Ni及其析氢性能研究 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 ChCl-Urea离子液体电沉积制备金属Ni电极材料及其析氢性能研究 |
| 3.2.1 ChCl-Urea离子液体溶解NiCl_2·6H_2O分析 |
| 3.2.2 1ChCl:2Urea-NiCl_2·6H_2O体系的循环伏安研究 |
| 3.2.3 电沉积过程分析 |
| 3.2.4 金属Ni的物相及形貌分析 |
| 3.2.5 Ni电极材料的析氢性能研究 |
| 3.3 ChCl-EG离子液体电沉积制备Ni电极材料及其析氢性能研究 |
| 3.3.1 ChCl-EG离子液体溶解NiCl_2·6H_2O分析 |
| 3.3.2 ChCl-EG-NiCl_2·6H_2O体系的循环伏安研究 |
| 3.3.3 电沉积过程研究 |
| 3.3.4 金属Ni的物相及形貌分析 |
| 3.3.5 Ni电极材料的析氢性能研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 ChCl-EG离子液体复合电沉积制备Ni基复合电极及其析氢性能研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 Ni-50nmC复合电极材料的制备及其析氢性能研究 |
| 4.2.1 物相及形貌分析 |
| 4.2.2 Ni-50nmC复合电极材料的析氢性能研究 |
| 4.3 Ni-AC复合电极材料的制备及其析氢性能研究 |
| 4.3.1 AC颗粒在ChCl-EG离子液体中分散性研究 |
| 4.3.2 物相及形貌分析 |
| 4.3.3 复合电沉积Ni-AC机理研究 |
| 4.3.4 Ni-AC复合电极材料的析氢性能研究 |
| 4.4 Ni-C和 Ni-AC复合电极材料析氢性能比较 |
| 4.5 不同对电极、参比电极制备Ni-AC基复合电极材料及其性能研究 |
| 4.5.1 Ni-AC基复合电极材料的物相及形貌分析 |
| 4.5.2 密度泛函理论计算(DFT) |
| 4.5.3 对电极Pt以及参比电极Ag溶解机理研究 |
| 4.5.4 Ni-AC基复合电极材料的析氢性能研究 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 ChCl-EG离子液体电化学制备Ni-Co基电极材料及其析氢性能研究 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 Ni-Co电极材料的制备及其析氢性能研究 |
| 5.2.1 铜片基底上电沉积Ni-Co电极材料及其析氢性能研究 |
| 5.2.2 泡沫镍基底上电沉积Ni-Co电极材料及其析氢性能研究 |
| 5.3 Ni-Co-Cs、Ni-Co-Pt-AC复合电极材料的制备及其析氢性能研究 |
| 5.3.1 CNT的形貌及物相表征 |
| 5.3.2 Ni-Co-Cs、Ni-Co-Pt-AC复合电极材料的电沉积过程研究 |
| 5.3.3 Ni-Co-Cs、Ni-Co-Pt-AC复合电极材料的物相及形貌分析 |
| 5.3.4 Ni-Co-Cs、Ni-Co-Pt-AC复合电极材料的析氢性能研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 构筑镍基析氢电极材料的机理分析 |
| 6.1 前言 |
| 6.2 析氢反应动力学分析 |
| 6.3 析氢电极材料的设计分析 |
| 6.3.1 电极材料的形成机理 |
| 6.3.2 电极表面的修饰 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者在攻读博士学位期间所取得的成果 |
| 作者在攻读博士学位期间所参与的项目 |
| 致谢 |
（10）双金属复合物微纳米材料的制备及其电化学性能的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 纳米材料的简述 |
| 1.2.1 纳米技术 |
| 1.2.2 纳米材料的概念 |
| 1.2.3 纳米材料的分类 |
| 1.2.4 纳米材料的基本特征 |
| 1.3 纳米复合材料的简述 |
| 1.3.1 双金属复合物微纳米材料的不同结构 |
| 1.3.2 双金属复合物微纳米材料的制备方法 |
| 1.4 双金属复合物微纳米材料的应用 |
| 1.4.1 无酶葡萄糖检测 |
| 1.4.2 电化学分解水 |
| 1.5 本论文的构思及研究内容 |
| 第二章 电化学处理光滑Cu-Ni-Zn电极表面制备米粒状Cu/Ni(OH)_2纳米复合物层状微片薄膜作为高灵敏无酶葡萄糖传感器 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 试剂和仪器 |
| 2.2.2 表征 |
| 2.2.3 米粒状Cu/Ni(OH)_2纳米复合物层状微片薄膜的制备 |
| 2.2.4 葡萄糖的电催化氧化 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 米粒状Cu/Ni(OH)_2纳米复合物层状微片薄膜的形成与表征 |
| 2.3.2 米粒状Cu/Ni(OH)_2纳米复合物层状微片薄膜上葡萄糖的电催化氧化 |
| 2.3.3 米粒状Cu/Ni(OH)_2纳米复合物层状微片薄膜对葡萄糖的电传感性能 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 泡沫镍表面微纳和复合改性处理用于电催化分解水 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 试剂和材料 |
| 3.2.2 电极的制备 |
| 3.2.3 表征方法 |
| 3.2.4 电化学测试 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 电极的制备原理 |
| 3.3.2 电极的形貌、物相和元素组成 |
| 3.3.3 制备的电极分解水析氧性能 |
| 3.3.4 制备的电极分解水析氢性能 |
| 3.3.5 两电极电解水 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 金属氧化物负载微量Pt用于电催化析氢 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 试剂与材料 |
| 4.2.2 催化剂的制备 |
| 4.2.3 表征方法 |
| 4.2.4 电化学测试 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 复合催化剂微纳米材料表征 |
| 4.3.2 析氢性能测试 |
| 4.4 小结 |
| 结语 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表的文章 |
| 致谢 |
四、电化学技术制备高效析氢电极（论文参考文献）
- [1]过渡金属硫化物/纳米碳界面结构设计及电解水催化特性调控[D]. 李泊林. 广西大学, 2021
- [2]钼基电催化体系的构建及其析氢性能研究[D]. 周立海. 延安大学, 2021(11)
- [3]过渡金属化合物的功能导向性设计及其电化学性能研究[D]. 辛建平. 山东大学, 2021(10)
- [4]钴基析氢催化剂的制备及其于微生物电解池MEC中产氢性能的研究[D]. 房小繁. 太原理工大学, 2021(01)
- [5]氮化碳基催化剂的构筑及电催化还原性能的研究[D]. 赵子铭. 兰州大学, 2021(09)
- [6]金属基纳米复合材料的高效电化学分解水研究[D]. 冯坤. 苏州大学, 2020(06)
- [7]过渡金属氮化物制备、微结构调控及其超级电容、电催化产氢性质研究[D]. 王丛. 山东大学, 2020(08)
- [8]膨胀石墨复合电极材料制备及电化学性能研究[D]. 陈思琦. 燕山大学, 2020(01)
- [9]胆碱类离子液体电化学制备镍基电极材料及其析氢性能研究[D]. 汪淑娟. 上海大学, 2020
- [10]双金属复合物微纳米材料的制备及其电化学性能的研究[D]. 刘炳武. 湖南师范大学, 2020(01)