一、纳米结构催化剂的研究和应用（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》文中提出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)。
吕丹丹[2]（2021）在《掺杂多孔碳基非贵金属电催化剂的设计及性能调控研究》文中研究表明氧还原反应（ORR）、析氢反应（HER）和析氧反应（OER）是可再生燃料电池、可充电金属-空气电池和电化学水裂解装置等绿色电化学能源存储和转化技术的核心反应。然而ORR和OER反应较为复杂、动力学缓慢、不能自发进行,都依赖于贵金属催化剂的催化作用,严重制约了绿色能源的产生和转化利用。基于此,合理的设计和开发非贵金属氧电催化剂是解决目前困境的最重要的途径。尽管一直都有最新的研究进展,但在碱性和酸性介质中合理设计和合成用于ORR和OER的非贵金属电催化剂,仍然是研究者们需要不断探索的关键问题。异质原子掺杂的碳基材料因其具有优异的导电性、多孔结构、良好的化学稳定性而得到了广泛关注,是一个很有前途的探索策略。因而本课题,以2,6-二乙酰基吡啶为前驱体通过组分调控,合成了具有独特成分组成和结构特点的异质原子掺杂多孔碳基催化剂材料,并具有优异的电催化功能活性。此外,本课题还利用理论计算探讨了催化剂的活性位点来源,解析了微观结构和催化活性的关系。主要内容如下:（1）以1,8-二氨基萘和2,6二乙酰基吡啶为反应物前驱体集合生成新型双亚胺基吡啶聚合物,以六水氯化铁为金属前驱体经过络合后进行热解制备了碳球状单原子分散的Fe-N-C催化剂。对该催化剂进行了一系列的物理表征和电化学活性测试。结果表明用该前驱体无模板或载体制备的Fe-N-C催化剂具有超高的比表面积（1790 m2/g）、高石墨化程度等优点。该Fe-N-C材料内部及表面高度分散有单原子Fe与N形成独特的Fe-N5配位结构。同时,该催化剂材料在0.5 M硫酸和0.1 M KOH中不仅表现出优异的ORR催化活性和选择性,还具有优异的OER催化性能。总的氧电催化活性为碱性介质中0.70 V和在酸性介质中为0.86 V。（2）以2,6-二乙酰基吡啶和3,3’-二氨基联苯胺为反应物前驱体,本工作探究了氯化钴、硝酸钴、乙酸钴三种钴前驱体与催化剂结构和性能的关系。通过热解制备了Co-N-C多功能电催化剂用于高效水分解和氧还原催化反应。结果表明Co-N结构和封装在N掺杂的碳基体中的金属钴纳米粒子具有很强的协同效应。钴离子源对最终的碳材料性能有显着影响。以乙酸钴为前驱体制备的Co-N-C催化剂具有良好的综合性能。这种优异的活性可归功于被包覆的金属态钴和Co-N基团之间的协同作用。研究还表明Co-Nx是ORR的十分有效的活性位点,而金属态的钴则对水分解反应具有巨大的活性贡献。（3）基于以上两个工作,又以2,6-二乙酰基吡啶和3,3’-二氨基联苯胺为反应物,按照不同Fe和Co摩尔比制备得到含铁-N和钴-N结构有机金属络合物。对络合物粉末进行热解及后处理得到FexCoyNC催化剂。探究了Fe和Co的比例对催化剂的结构以及性能的影响。本工作所制备的催化剂具有Fe以Fe-Nx结构的形式存在,Co则以少量的Co-Nx结构和多数的金属态Co两种状态存在。其中Fe:Co比例为1:5的催化剂（Fe1Co5NC）在酸性和碱性电解液中都具有最优的ORR性能。Fe1Co5NC组装的锌-空气电池,放电时的峰值能量密度达到了284 mW·cm-2。测试结果表明微量Fe原子可以显着提高Co-N-C催化剂的ORR催化活性。DFT计算同样辅助证明了Fe-N-C（含少量Co-Nx）层包裹Co金属纳米颗粒结构比单独使用Fe-N-C和金属态Co时具有更优的氧中间产物吸附能量势垒,即比他们单独作为催化时具有更高的ORR催化活性。（4）将2,6-二乙酰基吡啶和4,4’-二氨基二苯二硫醚为反应前驱体,六水合氯化钴为钴盐,得到了Co9S8包覆于氮、硫掺杂碳中（Co9S8@N,S-C）的催化材料。该催化剂具有丰富的大、中孔结构,具有高效的双功能氧电催化活性,其ORR半波电位达到了0.89 V,OER过电位仅304 mV,双功能电位差仅有0.647 V vs RHE。用Co9S8@N,S-C组装的可充放电锌-空气电池的测试表明:其最大输出功率密度为259 mW·cm-2,比容量为862m Ah·gZn-1。此外,Co9S8@N,S-C组装的Zn ABs具有比Pt/C+IrO2更高的稳定性。连续运行110 h后,充放电电压间隙仅略微增大约90 mV,往返效率仅降低4.83%（而Pt/C+IrO2降低了14.48%）。DFT计算表明N、S共掺杂的碳层和Co9S8调节彼此的费米能级,大大提高了材料的导电性,并使电子迅速转移到活性位点,制备的Co9S8@N,S-C催化剂实现了更优的吸附效果,比单独使用Co9S8具有更高的催化活性。（5）由于金属Fe和Co在催化过程中易发生金属的脱落,因而本工作又以2,6-二乙酰基吡啶、1,5-萘二胺和2,5-二硫二脲为氮、碳源和硫源,通过调节三个单体的摩尔比探究了非金属NS/C氧电双功电催化剂。当三个有机物的摩尔比为1:0.5:0.5时所得到的的NS/C催化剂在0.1 M KOH中具有最高的ORR和OER催化活性,ORR/OER双功能电位差仅有0.72 V vs RHE,远超过了商业Pt/C+IrO2。用该催化剂组装的可充放电锌-空电池测试结果显示,其提供的最大输出功率密度149 mW·cm-2,比容量可达769m Ah·gzn-1,且可以稳定的充放100小时后仅衰减28.36%,活性和稳定性远超过相同质量负载的Pt/C和IrO2（1:1 wt.%）混合催化剂组装的锌-空电池（衰减37.18%）。本工作的理论计算结果表明,NS/C的高活性主要来源于由特定的N和S掺杂所诱导的带有正电荷和自旋密度的C原子。
张南[3]（2021）在《基于α-Co（OH）2异质结构催化剂的构建及其析氧性能研究》文中提出人类对能源需求的快速增长增加了对非清洁燃料的使用量,同时导致环境污染日益严重。氢气（H2）作为一种能量密度高的新型清洁能源受到广泛的关注。电解水是一种可将间歇性的风能、太阳能以及电能转换成高能量密度的氢一种方法。析氧反应（OER）作为水分解的一个半反应,与另外一个半反应（析氢反应,HER）相比,其具有动力学上较慢、热力学难发生四个电子反应的特点,这带来了一个相对较大的超电势和高的能耗。过去十年以来,旨在降低OER的超电势的潜力催化剂一直在蓬勃发展,例如金属氧化物,氢氧化物,硫化物,磷化物,碳化物,氮化物和各种碳衍生物。在众多的面向OER的候选材料中,层状双氢氧化物（layered double hydroxide,LDH）具有带正电的水滑石状金属阳离子主体层和电荷补偿的层间阴离子,以及高度可调节的成分、适当的层间距、固定的活性位点以及低成本等特点,这使其在电催化领域是有相当大的吸引力。但其OER效率由于固有的不良电子传导性且不可避免的纳米级团聚而受到某种程度的限制。LDH与不同材料形成的含有异质界面的纳米结构可以改善金属活性位点的电化学环境,提高催化剂的固有活性以及赋予组分之间的协同效应,改善电解水析氧性能。因此,本文通过合理设计异质结构的催化剂优化其电子结构,制备出了高效稳定的氢氧化钴基复合纳米材料催化剂,并进行电催化析氧性质研究,主要研究内容如下:（1）α-Co（OH）2/Ag异质结构增强OER电催化性能这部分工作利用一种新颖而简单的自发氧化还原反应,以非常快的方式（5分钟）在Mo O42-插层的α-Co（OH）2载体上沉积银纳米颗粒,构建出异质结构α-Co（OH）2/Ag。以构建的异质结构界面调节了Ag和α-Co（OH）2之间的电子结构和钴的价态,赋予界面处强电子相互作用以及增强界面处的协同效应。同时,自发的界面工程还促进了电解水过程中对水分子的吸附,并增强了催化活性位点的固有活性。通过调整Ag负载量,获得了最佳的异质结构电催化剂（α-Co（OH）2/Ag-0.01）,在仅270 m V的超电势下即可驱动10 m A cm-2的电流密度,活性优于α-Co（OH）2甚至是商业基准Ru O2催化剂。这项工作通过廉价的金属银纳米粒子参与的界面工程为先进的OER电催化剂开辟了一条新途径。（2）α-Co（OH）2/ZIF-67异质结构增强OER电催化性能本部分内容中,开发了一种简单的方法来构建二维层状氢氧化钴纳米片和限域生长的ZIF-67（zeolitic imidazolate framework,ZIF）小纳米粒子（100 nm）之间的异质结构。通过α-Co（OH）2/ZIF-67的界面耦合作用,改变了异质结构界面处钴的电化学环境。此外,构建异质结构的过程中,调节不同价态Co3+/Co2+的比例,使其表现出优异的OER电催化活性和动力学行为。在10 m A cm-2的电流密度下,过电位为320 m V,较小的Tafel斜率为109.3 m V dec-1。α-Co（OH）2/ZIF-67电催化剂在连续测试24 h后,OER活性基本没有明显的下降,显示出优异的电化学耐久性。本工作为合理设计关于MOF的异质结构催化剂提供了新的思路,有望在广泛的应用中展现出卓越的性能。
张昊[4]（2021）在《小分子高效产氢导向的金属基纳米光催化材料的设计及其性能研究》文中研究表明硼烷氨（NH3BH3）和甲酸（HCOOH）是两种有应用价值的化学储氢材料,它们的氢含量高,分别达到19.6 wt%和4.4 wt%,而且它们的来源广,方便储存运输。但硼烷氨和甲酸在催化产氢过程（NH3BH3+2H2O→NH4BO2+3H2;HCOOH→H2+CO2）中,贵金属是主要的催化活性组分,价格昂贵且不易获得,而含廉价过渡金属的催化剂活性较低,且产氢机理尚不明确。本论文基于上述问题,针对硼烷氨和甲酸催化体系各自的特点,设计合成了一系列Mott-Schottky型单/双/多金属纳米催化剂,并系统研究了它们在室温下的光催化产氢性能、构效关系与产氢机制。主要结果如下:（1）针对传统催化体系下催化剂中非贵金属纳米粒子表面电子密度低的问题,通过调控金属纳米粒子的组成、形貌与结构,并负载到可见光响应的半导体氮化碳（C3N4）上,构筑了一系列催化硼烷氨产氢的Mott-Schottky型催化剂。结果表明,以可见光为驱动力,催化剂中活性金属纳米粒子上的电子密度显着提高。同时,通过调控金属纳米粒子的组成、形貌和结构,进一步改变了其电子特性,达到了调控其催化产氢活性的目的。其中,以含有无定形双金属Cu Co纳米粒子的催化剂在可见光下的活性最高,TOF值达75.1 min-1。（2）针对负载型金属催化剂中半导体载体的光吸收能力弱和电子-空穴分离效率低的问题,采用三种不同的策略（二次热处理、构筑无定形结构、同时引入B掺杂和N缺陷）对氮化碳载体的能带结构、电子结构和纳米结构进行调控,得到了一系列物化性质不同的氮化碳。在负载Co或Ni纳米粒子形成催化剂后,研究了它们的光催化硼烷氨产氢性能。结果表明,所得的氮化碳具有强光吸收能力,光生载流子分离效率也得到了提升,最终催化剂的光催化产氢活性大幅提高,其中同时引入B掺杂和N缺陷的Co基催化剂催化性能最好,其TOF值提升到了301.1 min-1,超过大多数贵金属催化剂的活性。（3）针对如何最大程度利用太阳能的问题,以光响应的Cu-Cr层状双氢氧化物（简称Cu Cr-LDH）为前驱体,构筑了具有超宽光谱响应范围的两种复合载体材料,即Cu O与Cu Cr-LDH的异质结构和Cu-Cr氧化物,并引入Co和Ni形成负载型光催化剂,研究了它们的光催化硼烷氨产氢性能。结果表明,通过大幅提升复合载体的光响应范围,催化剂的产氢活性显着提高,其中Co基催化剂的TOF值达到了276.9 min-1。（4）针对如何调控催化剂中活性金属组分周围的化学环境、增强催化剂对底物分子吸附和活化能力的问题,采用功能化且结构可调的氮化碳为电子助剂,构筑含非贵过渡金属Co和Ni的Pd基多金属纳米催化剂,用于可见光室温催化甲酸产氢。通过改变氮化碳的基本结构单元（如七嗪环或三嗪环）以及连接它们之间的中间基团（如氮原子或酰亚胺基团-NH）,合成了三种分子结构不同的氮化碳,并通过羟基缩合路径将含有给电子基团的氨基硅烷嫁接到了氮化碳表面。催化结果表明,在光生电子和给电子氨基的共同作用下,Au Pd Co和Au Pd Ni合金纳米粒子显示出不同的化学环境与电子特性,最终实现催化剂在具有100%H2选择性的同时,也具有超高的甲酸产氢活性,其中Au Pd Ni催化剂的TOF值达到了1214.6 h-1。
武玉泰[5]（2021）在《铁系金属基电极材料的制备及其电解水性能的研究》文中认为为了满足现代社会对能源的巨大需求,人们需要不断地探索开发可持续的、绿色的新能源。氢气以高能量密度和可再生性成为替代传统化石能源的理想选择。目前,电解水因其资源丰富、无温室气体排放、转化效率高等优点被认为是最有前景的工业制氢技术之一。设计与制备高催化活性和稳定性的电解水催化剂是该技术的关键。铂、钌等贵金属是最理想的电解水催化剂,但受限于它们的高成本和低储量。所以,非贵金属的电催化剂成为近年来人们研究的焦点。铁系金属基电极材料因其储量丰富、价格低廉和良好的电化学性能受到科学家们的青睐。传统的铁系金属基电极材料的研究仅局限于催化剂的本征活性,近年来通过增加催化剂活性位点的策略,包括构筑缺陷、掺杂、异质结等来进一步提高电极材料的催化活性成为研究工作者关注的热点。本文首先以酸刻蚀法在泡沫镍上原位制备出了具有丰富边缘的超薄的氢氧化镍纳米片阵列结构。随后通过离子掺杂、构筑缺陷等手段制备了以下三种性能优良的电解水催化材料:（1）采用原位酸刻蚀的方法在泡沫镍（NF）上制备出超薄的Ni（OH）2纳米片阵列前驱体,随后在柯肯达尔效应和奥斯瓦尔德熟化理论指导下,制备出了Ni2P纳米颗粒镶嵌的多孔Ni2P纳米片阵列。通过HRTEM、SEAD、XRD等物理表征证实了催化剂的形貌结构。该催化剂由于具备丰富的活性位点表现出优异的HER和OER电催化活性和良好的稳定性,其析氧性能可与贵金属Ru O2相媲美。在两电极体系中,Ni2P/NF作为阴极和阳极组装的全解水电解槽在1.63 V即可获得10 mA cm-2的电流密度。（2）采用离子掺杂的方法制备了Co掺杂Ni（OH）2/NF和Fe掺杂Ni（OH）2/NF纳米片阵列作为高效的非对称电解槽中的电极材料。由于Ni（OH）2与高价态Co和Fe之间的协同效应,大幅度降低了水分解的过电位,提升了动力学效率,表现出极高的催化活性。在两电极体系中,将其组装为非对称电解槽表现出与Pt C//Ru O2相媲美的催化活性和良好的稳定性,能够在1.59 V即可达到10 mA cm-2的电流密度,并且可以稳定运行24 h以上无明显性能衰退,展现出良好的应用的前景。（3）结合酸刻蚀、离子掺杂和静态气相磷化的方法合成了富晶界双金属磷化物Ni2P/NiFeP/NF纳米片阵列。通过在本征活性较高的NiFe基催化剂上构筑富晶界。使Ni2P/NiFeP/NF催化剂表现出优异的析氧活性,仅需240 m V过电位即可达到50mA/cm2电流密度。为了找出磷化物催化剂在长期服役过程中活性下降的影响因素。我们通过XRD、HRTEM、SEAD等物理表征结合电化学性能测试探究了过渡金属磷化物长期稳定性测试后失活的原因和机理。
鲁梦洁[6]（2021）在《高效过渡金属Ni/Co基催化剂的构筑及电催化性能的研究》文中提出世界经济发展和人类赖以生存的基础是能源,然而现阶段人类面临的两大难题是以化石燃料为主的能源日益枯竭及其使用带来的严重环境污染问题。故发展可再生清洁能源迫在眉睫,刻不容缓。说到底,未来国际竞争的核心是能源,掌握了清洁可再生能源技术的国家将在国际竞争中占据主导位置,成为经济发展的中心。能源问题不仅是科学问题,经济问题,也是战略问题。近年来清洁可再生能源的研发逐渐加大,渐成体系。在众多清洁可再生能源中,氢能因其燃烧热值大,无污染,来源广,被认为是化石燃料的最佳替代。电催化水分解制氢技术,是目前制备清洁可再生能源氢能最具潜力的绿色无污染途径。电催化水分解过程分为两个半反应:阴极的析氢反应（HER）和阳极的析氧反应（OER）,这两个半反应在电解水制氢过程中至关重要,决定了电解水制氢的产出情况。理想条件下电解水制氢所需的理论电压为1.23 V,然而实际条件下电解水制氢反应过程中所需的活化能垒较高,其实际外加电压往往远远大于理论值,故需开发高效的催化剂来降低催化反应能垒,最终达到提高能量转化效率,降低制氢成本的目的。目前,最有效的HER和OER催化剂,是贵金属Pt基催化剂和Ir、Ru基催化剂,但贵金属的稀缺性和高成本,限制了贵金属催化剂在工业上的大规模应用,随之限制了电催化水分解制氢技术发展。因此,发展高效、稳定的廉价过渡金属基催化剂替代贵金属催化剂,降低过电势,减少能耗,提高能量转化效率,成了电解水制氢走向大规模工业生产应用最为关键的一步。理想的催化剂应该具备以下四个明显的特点:（1）催化活性高,过电势低,具有可以媲美甚至超越贵金属催化剂的催化活性;（2）长时间工作稳定性好,催化剂稳定性持续工作的时间越长越好,最好能保持催化活性几年,甚至十几年不失活;（3）催化材料廉价、易得、环保,可以满足大规模推广的需求;（4）催化剂合成过程简单低耗易扩展,可大规模流水线式的生产。目前已报道的催化剂材料都不能同时满足以上要求,要想得到理想的催化剂,需要研究者付出大量的时间和精力,在茫茫材料海洋中,探索不同组分,不同结构,不同形貌,不同催化特性等的催化材料,总结经验,发现规律,最终设计研发出理想的的催化剂,为电解水制氢的普及打下坚实的基础。本文对催化剂的设计,主要集中在:（1）催化剂纳米材料结构阵列化,开发自支撑纳米结构阵列催化剂电极,最大程度的暴露催化活性位点,提高催化剂活性位点的利用率,进而最大限度提高催化剂的催化活性和稳定性;（2）利用掺杂,异相引入等手段优化催化剂材料的电子结构,进而提高催化剂材料的本征催化活性。通过不同手段的相互结合,最终合理设计并制备出一系列催化活性高,稳定性能好的非贵金属Ni/Co基自支撑的电催化剂材料,并进一步通过对其催化活性性能的研究分析,对催化剂材料的电子结构与催化性能内在联系加以探讨和总结。本文的具体研究内容如下:（1）过渡金属磷化物具有独特的价电子构型和丰富多样的晶体结构,被认为是潜在的优异HER催化剂材料。已有报道过渡金属磷化物CoP作为双功能催化剂用于全解水制氢,但其催化活性欠佳,因此本文的出发点为调控CoP催化剂的形貌,增加暴露的催化活性位点数目和引入N掺杂,调控金属磷化物的电子结构,进而提高CoP的双功能催化活性和稳定性,最终得到催化活性高,稳定性好的催化剂材料。基于以上思路,我们利用自牺牲MOF（Metal-Organic Framework）模板法,合成了正十二面体的CoP纳米结构催化剂,并巧妙地引入了电负性更强的N原子掺杂,制备了3D自支撑N-CoO@CoP糖葫芦状纳米阵列双功能催化剂。在碱性电解液中,100 m A cm-2的电流密度下,其OER和HER的过电势比较低分别为332 m V和201 m V,当N-CoO@CoP催化剂被同时用于二电极全解水电解槽的阴极和阳极时,其在100 m A cm-2的电流密度下的电压为1.79 V。N-CoO@CoP催化剂的高催化活性是通过促进反应过程中传质和传荷过程,优化催化剂电子结构和暴露更多催化活性位点的途径实现的,这提升了催化剂的催化活性和稳定性。这项工作,验证了利用自牺牲MOF模板法调控催化剂材料纳米形貌可行性,证实了N-CoO@CoP是一种高效的双功能电催化剂材料,可用于提高电解水整体反应的能量转化效率,为相关催化材料的合成提供了新的思路。（2）我们创造性地改进了导电性基底的结构,通过对三维立体多孔泡沫铜基底进行化学腐蚀,在其表面生成了均匀的CuO纳米阵列,制备了CuO/Cu混合泡沫。混合泡沫的优势在于:增加基底的几何表面积,为催化剂材料提供更多附着点,更大范围地收集和转移电子,实现最高效的电子运输。基于对催化剂材料的组分、形貌、结构的最优调控,我们利用简单环保的电沉积法在CuO纳米线合成Ni-Co-S超薄多孔纳米片,制备了3D分级自支撑Ni-Co-S@CuO/Cu纳米片阵列催化剂。碱性催化产氧测试显示Ni-Co-S@CuO/Cu材料催化活性,在10和100 m A cm-2的电流密度下的过电势为240和309 m V。其催化活性除了跟自身的3D分级自支撑结构有关,还跟金属硫化物的边缘活性效应有关,超薄多孔的Ni-Co-S纳米片,可以暴露更多的活性位点,进而进一步提升了催化剂催化活性。以上结果证明,Ni-Co-S@CuO/Cu是一种高效的碱性OER催化剂材料,其简单易扩展的合成方法满足工业大规模应用的需求。（3）过渡金属氮化物在形成的过程中,随着N原子的插入会使晶格发生变化,金属原子之间的间距发生改变,金属d轨道间距也随之改变,d轨道的变化会导致费米能级上态密度的重构,研究者认为态密度再分配使得金属氮化物产生了类似贵金属的催化活性,从而可以提升其催化性能。基于此,我们通过异相引入,构建异质界面,利用富含氧空穴的促进剂Ce O2与过渡金属氮化物Co4N耦合,成功地在导电基底上合成了自支撑的Co4N-Ce O2/NF多孔纳米线阵列催化剂。将Ce O2锚定在Co4N中,可以优化催化剂表面的电子结构,降低催化反应能垒,且制备的催化剂具有超亲水和超疏水特性,促进水的吸附/解离,从而显着提高了催化剂碱性HER性能。在1.0 M KOH电解液中,电流密度分别为10和100 m A cm-2时分别展示出52和149 m V的超低过电势,催化活性与Pt基贵金属相当,并具有更好的稳定性。以上结果证实,Co4N-Ce O2/NF是一种高效碱性HER催化剂,其性能远超其他报道过的大多数碱性HER催化剂,与贵金属Pt基催化剂媲美,为相关催化剂催化活性的提升提供了有效的策略。（4）金属硫化物普遍具有良好的导电性和结构稳定性,是近年来发展比较快的一类催化剂材料,一些导电金属硫化物被报道出有优异的催化产氧活性,在催化领域中的发展潜力不容小觑。基于对富含氧空穴的促进剂Ce O2的研究,我们在金属硫化物的合成过程中加入铈盐,通过对反应物浓度的调控,一步水热法在导电基底泡沫镍上合成自支撑Ce-Ni3S2/NiS@NF纳米芽阵列催化剂电极。通过结构表征我们发现,Ce种类的存在,直接决定催化剂的晶体结构相,Ce阻碍纯相Ni3S2的合成,进而生成界面丰富的多相Ni3S2/NiS催化剂。再者,Ce物种的耦合可以调节催化剂电子结构,从而降低催化反应能垒,有助于增强Ce-Ni3S2/NiS@NF电催化剂的OER活性。Ce-Ni3S2/NiS@NF电极的超亲水性和超疏水性进一步促进了传质过程,提升催化活性位点的利用率。因此,Ce-Ni3S2/NiS@NF电极具有优异的碱性OER活性,在10和100 m A cm-2的电流密度下,可实现236和350 m V的低过电势,且其法拉第效率可达99%,这些结果证实Ce-Ni3S2/NiS@NF催化剂电极设计的合理性,优于很多报道的其他相关OER催化剂,为相关催化剂的简单制备和活性改善提供了新的思路。
祝欣欣[7]（2021）在《铂基金属催化剂的制备及其氧还原性能的研究》文中研究表明燃料电池突破了卡诺循环的限制,因其在能量转换效率上占有独特的优势而成为最有发展前途的便携式电源之一,而且燃料选择具有多样性,对环境也比较友好。然而燃料电池阴极氧还原反应动力学缓慢、反应过电势较大等问题仍需解决。铂（Pt）基贵金属催化剂因其高效的催化效果成为阴极氧还原反应催化剂的首选材料。稀有贵金属储量稀少、价格昂贵,因此减少Pt用量同时提升催化活性和稳定性可以达到降低燃料电池成本的目的。目前研究发现引入其他金属调控形貌合成开放结构催化剂可以提高原子利用率,还可以降低Pt的使用量达到成本的缩减。本论文主要通过Pt与钴（Co）合金化,调控催化剂形貌设计出能暴露更多催化活性位点的催化剂;和掺入在催化反应中较稳定的金属金（Au）来增强催化剂的稳定性。具体的研究内容如下:（1）首次采用一种简单的方法合成了具有铂皮肤的镶嵌纳米枝晶的铂钴纳米框架（Pt-Co ND-NF）。这种催化剂是通过调整关键因素的用量合成的,包括水的量、混合溶剂油胺与油酸的比例以及表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵。此外,还通过随着反应时间推进的形成过程,对Pt-Co ND-NF进行了详细的探索,进一步确认了Pt-Co纳米枝晶被纳米框架封锁的状态。Pt-Co ND-NF在氧还原反应（ORR）中表现出较好的催化性能,其质量活性(0.939 A mgPt-1)高于商业Pt/C(0.187 A mgPt-1)。5万圈加速耐久性测试后,半波电位仅比初始值左移18 m V,拥有良好的电化学稳定性。纳米框架结构中,高度开放的空间结构暴露了高效的活性位点空间,可以为提高催化活性提供有希望的方法。（2）首先通过溶剂热法合成Pt Co-Au三元合金催化剂,再用醋酸蚀刻改变其几何结构得到Pt Co-Au纳米框架（NF）催化剂。通过掺入少量的Au修饰Pt Co合金催化剂来减少前期Co溶解带来的催化性能下降。紧接着,蚀刻掉多余的Co让更多的活性位点能够有效暴露来维持催化活性。Pt Co-Au NF催化剂的质量活性比商业TKK-Pt/C高5.9倍,催化活性得以维持在良好的水平。同时在催化剂的稳定性方面,Pt Co-Au NF的半波电位在10000个电位循环周期后仅衰减了4m V,催化剂稳定性得以更好的改善。
张一飞[8]（2021）在《多组分金属纳米催化剂的合成设计及其在限域空间内的协同催化研究》文中提出全球经济的飞速发展不可避免地造成了生态系统的退化、污染等一系列严峻问题。在当今的环境污染问题中,有机化学污染物对于水体、大气和土壤的危害十分严重。为了构建和谐稳定的自然环境,近年来各领域一直持续进行着污染水体环境修复的研究。开发具有限域结构的纳米材料为环境水质净化领域创造了新的契机,研究物质的限域效应反应机理有助于更深刻地理解分子尺度特性,为解决环境问题提供新的方向和动力。构筑纳米尺度限域空间结构为研究催化材料的限域特性提供了良好的平台。本论文从设计和开发具有限域空间结构纳米材料的角度出发,制备了以具有Yolk@Shell结构的Fe2O3-Au@SiO2纳米反应器为代表的一维限域结构催化剂。所得Fe2O3-Au@SiO2纳米反应器的结构呈同轴空心电缆状,直径约为120 nm,可观察到层次分明的中轴核心与负载颗粒。该Fe2O3-Au@SiO2纳米反应器具有很高的光芬顿催化活性,在光照条件下降解2-氯苯酚（2-CP）时,15分钟便达到约85%的转化率。通过对照试验进一步发现了不同的协同组分和接触方式对于催化效果都有着不同的影响。循环实验表明Fe2O3-Au@SiO2纳米反应器具有良好的催化稳定性。自由基掩蔽实验发现各类基团中,表面羟基自由基对于催化氧化反应的贡献最大。通过机理研究,发现Au纳米粒子在纳米尺度限域空间内的存在能够促进氧化铁中轴核心表面电荷的转移,延缓·OH的结合及电子与空穴的复合,维持Fe2O3-Au@SiO2纳米反应器内较高浓度的·OH,促使催化剂在光芬顿反应中表现出较高的活性。同时,SiO2壳层与Fe2O3中轴核心之间的空腔可以富集反应物,增大反应物与催化剂的接触机会,从而提升催化剂性能。在接下来的工作中,我们还对限域空间内的核心组分进行了独特的创新型研究。通过引入ZnFe2O4/Fe2O3异质结结构作为核心,尝试构建了异质结与限域空间共存的复合结构,以便研究纳米反应器的应用潜力。本研究通过实验、表征、理论计算等手段,全面地展示了限域结构纳米催化剂的先进性和高效性,从多方面验证并揭示了反应过程的机理,为环境水质净化领域开辟了视野,也为催化合成领域提供了思路,指明了方向。
莫荣成[9]（2021）在《开放式ZIF衍生碳基材料与铂协同氧还原电催化的研究》文中指出质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有能量转换效率高、功率密度高、室温启动快、噪音低、零污染等特点,有望减少二氧化碳排放,缓解能源危机。催化剂是PEMFC的关键材料,铂基催化剂是广泛应用的电催化剂。然而,铂储量低、价格高导致质子交换膜燃料电池（PEMFC）成本高。金属有机骨架（metal organic framework material,MOFs）材料是一种由金属离子或金属团簇与提供孤对电子的有机配体自组装而成的配位聚合物,具有比表面积大、活性位点多、分布均匀等特点。其衍生物中丰富的氮元素含量,结构多样的几何纳米形貌,有利于对材料表面活性物种的修饰,从而有望于优化电催化性能。利用金属有机框架碳基材料与贵金属铂结合不仅能有效提高铂的利用率,还能提高氧还原性能。然而,传统的金属有机框架材料的结构通常是多面体结构,这使得碳化后金属有机骨架材料的内部活性位点难以完全暴露。本工作利用硼氢化钠作为改性剂,对合成得到的ZIF多面体结构进行改性,打破了ZIF材料封闭状的结构特征,最后得到了具有开放式结构的高分散Pt Co双金属负载金属有机框架衍生物碳基催化剂材料,充分发挥了金属有机框架材料与活性金属铂的协同催化作用。负载型催化剂材料因其灵活多变的形貌、结构和组成,表现出良好的ORR活性和稳定性。我们研究工作主要包括以下两个部分:（1）合成ZIF67衍生纳米片层结构碳载Pt Co NR及其氧还原性能研究:以六水合硝酸钴中过渡金属钴离子作为金属节点,二甲基咪唑为有机配体,十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）作为表面活性剂,合成了具有立方块结构的金属有机框架材料ZIF67;然后利用PH调节体系的状态,得到了由氢氧化钴诱导生长的二维ZIF衍生纳米片层结构（ZIF nanosheet derivate）;接着加入氯铂酸后进行置换反应得了铂纳米颗粒,热解后得到铂钴双金属纳米颗粒负载的二维ZIF衍生纳米片层结构（Pt Co ZIF nanosheet）。结果表明,PH值可以影响ZIF67立方块的演化过程。经过氧还原性能测试,二维ZIF衍生纳米片层材料结构的质量活性为464 m A mg-1Pt（0.9 V vs RHE）,比商业Pt/C（TKK）高出2.9倍,其经过循环测试后表现出比商业Pt/C催化剂更好的电化学稳定性。这项研究工作可以为多面体结构金属有机框架材料的改性以及与铂协同催化的发展和研究探索了一种新的思路和方法。（2）多孔氮掺杂碳纳米棒载Pt Co NR纳米颗粒的合成及其氧还原性能研究:利用六水合硝酸锌和六水合硝酸钴当中的过渡金属离子作为金属节点与有机配体二甲基咪唑进行螯合作用,在室温下进行搅拌合成具有菱形十二面体结构的Co Zn@MOF双金属有机框架材料。在硼氢化钠的作用下,Co Zn@MOF发生了几何结构转变的现象,并且原位生成了金属态的钴,得到了一种含有Co-B-O的复合纳米棒状材料。之后,巧妙地利用氯铂酸和金属钴发生置换反应,得到了铂纳米颗粒。最后通过热解得到了含有Co-Nx位点的多级孔碳骨架复合纳米棒负载铂钴纳米颗粒的催化材料。经过酸洗以及二次热解修复结构之后,得到了结构良好的多级孔碳纳米棒负载铂钴纳米颗粒催化剂材料（Pt Co/Co-N-C NR）。表征发现,钴氮碳协同铂钴纳米颗粒负载的多级孔碳纳米棒结构中其表面的铂钴纳米颗粒具有高度分散的特点。这些特点使催化剂材料表现出了较好的氧还原催化活性,在0.9 V（vs RHE）时Pt Co/Co-N-C NR的质量活性为577 m A mg-1Pt比商业TKKPt/C的质量活性高出3.6倍,在循环稳定性测试当中表现优异。本工作为进一步的开发和利用金属有机框架材料与铂的协同催化作用探索了新的道路。
孟方友[10]（2021）在《高效过渡金属磷化物电催化剂的设计、合成及应用》文中指出随着化石能源储量日益减少,环境问题日益严重,迫切需要开发出一种清洁、可持续的能源代替传统的化石能源。氢能具有燃烧热值高、燃烧产物无污染、原料储存丰富等优点,被认为是传统化石能源的理想替代者。电解水制氢是一种高效可行的方法。但缓慢的动力学导致水分解电压高于理论电压,需要额外的能量。因此,在电解水中使用适当的催化剂降低过电位,提高能量转化效率具有重要意义。目前,贵金属催化剂的反应动力学最快、电流密度较大,例如Pt、RuO2、IrO2等贵金属,但其储量少、价格昂高,阻碍了其大规模商业化应用。开发一种廉价、稳定和储量丰富的非贵金属催化剂代替贵金属对于电催化制氢技术的应用推广意义重大。近年来,过渡金属及其化合物被用来代替贵金属,例如,氧化物、氮化物、硫化物和磷化物等。尤其是过渡金属磷化物具有类似氢化酶结构和良好的导电性等优点,被广大科研者广泛研究。在分析国内外非贵金属催化剂电解水的研究现状基础上,本文设计、制备及探究高效、低成本、稳定的过渡金属磷化物催化剂,并应用于电解水析氢反应和析氧反应。通过有效的策略调控过渡金属磷化物催化剂的催化活性和活性位点数目以获得高效电解水效率,可以极大推动电解水电化学技术的发展。具体研究内容和总结如下:（1）采用水热以及磷化的方法,在泡沫镍（NF）上原位生长三维（3D）花状二磷化钨（WP2）纳米线催化剂（WP2 NW/NF）。电化学性能测试表明,在1 M KOH溶液中,获得10 mA cm-2的电流密度,需要析氢和析氧过电位分别是130和311 mV,对应的Tafel斜率分别为94和67 mV dec-1。制备的催化剂分别作为两电极的阴极和阳极,全解水的电位是1.65 V。具有良好的稳定性,5000圈CV循环后,析氢和析氧的过电位增长率分别为5.3%和8.6%,催化剂的形貌和晶体结构保持很好。电化学阻抗谱分析,3D花状的WP2NW/NF催化剂具有较小阻抗,说明材料展现出较快的电荷转移动力学。此外,WP2 NW/NF催化剂表出优异的电催化性能,主要是3D纳米结构电催化剂（WP2 NW/NF）可以暴露丰富的活性位点,促进电解质渗透,从而缩短电子转移路径。（2）通过水热、低温磷化以及聚合的策略,成功的在泡沫镍上制备了具有自支撑功能的PANI/Ni2P复合催化剂（PANI/Ni2P-NF）。聚苯胺的氨基中氮原子具有孤对电子,可以有效地从水合离子中捕获质子氢（H+）形成质子化氨基,使质子氢（H+）在电极表面具有更高的正电荷密度,从而导致催化剂的快速动力学、低过电位和优越的催化性能。电化学性能显示,在0.5 M H2SO4中,析氢过电位仅需83 mV达到10 mA cm-2的电流密度,Tafel斜率为69 mV dec-1。5000圈CV循环后,催化剂的过电位仅增加4.6%。在恒电位下,长时间计时为100000 s,电流密度几乎不变,表明催化剂具有良好的稳定性。阻抗谱显示,催化剂具有较小的阻抗4.1Ω,证明PANI/Ni2P-NF复合催化剂具有良好的导电性和快速动力学。（3）采用水热、磷化及聚合的方法,成功合成具有自支撑功能的PANI/CoNiP复合催化剂（PANI/CoNiP-NF）。研究其电化学性能显示,在0.5 M H2SO4中,析氢过电位需要61 mV达到10mA cm2的电流密度,Tafel斜率为80 mV dec-1。5000圈CV循环后,催化剂的过电位仅增加4.9%。在恒电位下,长时间计时为86400 s,电流密度线几乎不变,催化剂的形貌、晶体结构和价态保持良好,表明催化剂具有良好的稳定性。阻抗谱显示,催化剂具有较小的阻抗3.7Ω,表明PANI/CoNiP-NF复合催化剂展现良好的导电性和较快的氢吸附动力学。密度泛函计算证明,通过引进第二金属原子优化催化剂的电子结构,使催化剂d电子中心远离费米能级,导致催化剂表面和氢原子之间的相互作用减弱,PANI/CoNiP-NF复合催化剂与氢原子之间的吸附能接近零,具有良好的催化性能。此外,PANI/CoNiP-NF复合催化剂中聚苯胺的氨基中氮原子有孤对电子,有效捕捉电解液中的质子氢（H+）形成质子化氨基,使催化剂表面正电荷密度高于水合离子,使质子更容易从阴极接受电子,从而降低过电位。（4）采用原位磷化策略,在碳布上成功制备了 N掺杂CoP催化剂（N-CoP/CC）。利用尿素在高温分解出NH3作为氮源,将电负性较大的非金属氮原子的引入CoP,优化CoP的电子结构。电化学测试表明,在0.5 M H2SO4和1 M KOH电解质中具有析氢优异的催化性能,达到10 mA cm-2的电流密度需要过电位分别为27和64 mV,对应的Tafel斜率为58和67 mV dec.1;在1 M KOH碱性电解质中具有析氧优异的催化性能,实现10 mA cm-2的电流密度需要的过电位为247 mV,Tafel斜率为55 mV dec-1。制备的N-CoP/CC催化剂分别作为阴极和阳极,电解水需要的电位为1.47 V,低于商业的铂碳（Pt/C）和二氧化钌（RuO2）分别作为阴极和阳极电解水需要的电位。5000圈CV循环后,在0.5 MH2SO4和1 MKOH析氢,催化剂的过电位增加分别为1.3%和7.8%;在1 M KOH析氧,催化剂的过电位增加4.2%。在10 mA cm-2恒电流密度下,催化剂保持长时间催化活性为100000 s,催化的形貌和晶体结构保持良好,表明催化剂具有良好的稳定性。阻抗谱显示,催化剂具有较小的阻抗3.6Ω,材料展现出较快的电荷转移动力学。理论计算证明,氮原子掺杂了 CoP,d电子中心远离费米能级,使催化剂的表面与氢原子之间的相互作用减弱,促进催化剂对氢的吸附和脱附平衡,具有良好的催化性能。（5）通过自组装策略,成功合成氮和磷共掺杂多孔碳包覆Ni2P纳米颗粒催化剂（Ni2P@N,P-C）。利用磷含量高的植酸中富含的PO4基团和金属离子络合,在适当反应温度下会热解制备磷化物,同时形成磷和氮共掺杂碳包覆催化剂。电化学性能显示,在1 M KOH碱性电解质中具有析氢和析氧优异的催化性能,实现10 mA cm-2的电流密度需要过电位分别是98和300 mV。制备的催化剂分别作为阴极和阳极,全解水的电位是1.72 V。具有良好的稳定性,循环3000圈后,极化电位没有明显下降,催化剂的形貌没有明显变化。阻抗谱分析,材料展现出较快的电荷转移动力学。氮和磷非金属元素掺杂碳,活化碳的电子结构,提高催化活性。碳基材料包覆着Ni2P,增强催化剂的导电性,从而导致催化剂具有良好的性能。
二、纳米结构催化剂的研究和应用（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、纳米结构催化剂的研究和应用（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）掺杂多孔碳基非贵金属电催化剂的设计及性能调控研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 电化学能量转化装置 |
| 1.2.1 质子交换膜燃料电池简介 |
| 1.2.2 锌-空气电池简介 |
| 1.3 氧还原和析氧反应催化剂研究进展 |
| 1.3.1 氧还原反应机理 |
| 1.3.2 贵金属氧还原催化剂研究进展 |
| 1.3.3 非贵金属氧还原催化剂研究进展 |
| 1.3.4 析氧反应机理 |
| 1.3.5 贵金属析氧催化剂研究进展 |
| 1.3.6 非贵金属析氧催化剂研究进展 |
| 1.3.7 氧电双功能催化剂研究进展 |
| 1.4 本课题的选题意义和主要研究内容 |
| 1.4.1 本课题的选题意义 |
| 1.4.2 本论文的主要研究内容 |
| 第二章 单原子Fe-N-C纳米球作为高效的非贵金属双功能氧电催化剂 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 实验所需药品 |
| 2.2.2 Fe-N-C催化剂的合成 |
| 2.2.3 材料制备和表征所用到的仪器设备 |
| 2.2.4 电化学活性测试方法 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 Fe-N-C纳米球材料的合成与结构分析 |
| 2.3.2.Fe-N-C纳米球催化剂的ORR和OER的催化性能分析 |
| 2.3.3 Fe-N-C纳米球催化剂活性位点的探究 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 高效Co-N-C多功能电催化剂用于水分解和氧还原反应 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验所需药品 |
| 3.2.2 Co-N-C催化剂的合成 |
| 3.2.3 物理表征仪器和方法 |
| 3.2.4 电化学表征方法 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 Co-N-C催化剂的合成与特性分析 |
| 3.3.2 Co-N-C催化剂的水裂解和ORR催化性能分析 |
| 3.3.3 Co-N-C水分解和ORR催化剂活性位点的探究 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 Co@Fe-N-C材料作为锌-空气电池的高效氧还原电催化剂的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 实验所需药品 |
| 4.2.2 Fe_xCo_yNC催化剂的合成 |
| 4.2.3 物理表征仪器设备 |
| 4.2.4 电化学测试方法 |
| 4.2.5 自制锌-空气电池测试 |
| 4.2.6 密度泛函理论DFT计算方法及其所用软件 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 Fe_xCo_yNC催化剂的制备和物理结构特性表征分析 |
| 4.3.2 Fe_xCo_yNC样品的ORR活性和碱性锌-空电池性能分析 |
| 4.3.3 Fe_xCo_yNC催化剂活性来源的理论计算分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 N,S 共掺杂石墨碳包裹Co_9S_8纳米颗粒作为可充放锌-空气电池双功能氧电催化剂 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 实验所需药品 |
| 5.2.2 催化剂的制备 |
| 5.2.3 物理表征仪器设备 |
| 5.2.4 电化学测试方法 |
| 5.2.5 自制锌空气电池测试 |
| 5.2.6 密度泛函理论DFT计算方法及其所用软件 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 Co_9S_8@N,S-C催化剂的合成及理化表征分析 |
| 5.3.2 Co_9S_8@N,S-C催化剂电化学活性分析 |
| 5.3.3 Co_9S_8@N,S-C催化剂活性的理论计算分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 无金属N,S共掺杂碳材料作为可充电锌-空气电池高效双功能氧电催化剂 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验部分 |
| 6.2.1 实验所需药品 |
| 6.2.2 N、S共掺杂碳的制备 |
| 6.2.3 物理表征仪器和方法 |
| 6.2.4 电化学测量方法 |
| 6.2.5 自制锌空气电池的制作和测试方法 |
| 6.2.6 密度泛函理论计算方法 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 NS-C催化剂的合成与结构分析 |
| 6.3.2 ORR、OER和锌-空气电池的电化学性能分析 |
| 6.3.3 DFT计算阐明N、S 共掺杂碳的ORR/OER活性位点 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表论文专利情况 |
（3）基于α-Co（OH）2异质结构催化剂的构建及其析氧性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 引言 |
| 1 文献综述 |
| 1.1 电催化析氧简介 |
| 1.2 氢氧化物的概述 |
| 1.2.1 氢氧化物的简介 |
| 1.2.2 提高氢氧化物析氧反应(OER)活性的策略 |
| 1.3 氢氧化物异质结构在析氧反应中的研究进展 |
| 1.3.1 氢氧化物与氧化物异质结构 |
| 1.3.2 氢氧化物与硫化物异质结构 |
| 1.3.3 氢氧化物与贵金属异质结构 |
| 1.3.4 氢氧化物与MOF异质结构 |
| 1.4 本论文的研究目的及主要研究内容 |
| 2 实验部分 |
| 2.1 实验药品及设备 |
| 2.1.1 实验药品及试剂 |
| 2.1.2 实验设备 |
| 2.2 材料表征方法 |
| 2.2.1 X射线衍射(XRD) |
| 2.2.2 扫描电子显微镜(SEM) |
| 2.2.3 透射电子显微镜(TEM) |
| 2.2.4 红外光谱仪(FTIR) |
| 2.2.5 X-射线光电子能谱(XPS) |
| 2.2.6 电感耦合等离子体质谱仪(ICP) |
| 2.3 电催化性能测试 |
| 2.3.1 线性扫描伏安(LSV)测试 |
| 2.3.2 双电层电容(C_(dl))测试 |
| 2.3.3 电化学阻抗(EIS) |
| 2.3.4 催化剂稳定性测试 |
| 3 α-Co(OH)_2/Ag异质结构的制备及其电催化析氧化性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 材料的制备 |
| 3.2.1 α-Co(OH)_2纳米片的合成 |
| 3.2.2 α-Co(OH)_2/Ag异质结构的合成 |
| 3.2.3 Ag纳米粒子的合成 |
| 3.2.4 物理混合α-Co(OH)_2+Ag的制备 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 X射线衍射(XRD)分析 |
| 3.3.2 扫描电镜和透射电镜(SEM,TEM)分析 |
| 3.3.3 X射线光电子能谱(XPS)分析 |
| 3.3.4 电感耦合等离子体质谱仪(ICP)分析 |
| 3.3.5 电催化析氧性能测试 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 α-Co(OH)_2/ZIF-67 异质结构的界面工程用于增强析氧电催化 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 材料的制备 |
| 4.2.1 α-Co(OH)_2纳米片的制备 |
| 4.2.2 α-Co(OH)_2/ZIF-67 异质结构的合成 |
| 4.2.3 合成ZIF-67 纳米粒子 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 X射线衍射(XRD)分析 |
| 4.3.2 红外光谱分析(FTIR)分析 |
| 4.3.3 扫描电镜(SEM)分析 |
| 4.3.4 透射电镜(TEM)分析 |
| 4.3.5 X射线光电子能谱(XPS)分析 |
| 4.3.6 电催化析氧性能测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论 |
| 创新点与展望 |
| 创新点 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（4）小分子高效产氢导向的金属基纳米光催化材料的设计及其性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 能源现状 |
| 1.2 氢能 |
| 1.2.1 储氢技术 |
| 1.2.1.1 物理储氢 |
| 1.2.1.2 化学储氢 |
| 1.2.2 化学储氢材料产氢 |
| 1.2.2.1 固相化学储氢材料产氢 |
| 1.2.2.2 液相化学储氢材料产氢 |
| 1.3 光催化 |
| 1.3.2 光催化剂设计策略 |
| 1.3.2.1 半导体的改性 |
| 1.3.2.2 异质结的构筑 |
| 1.3.2.3 助催化剂的引入 |
| 1.3.2.4 等离子体共振效应的引入 |
| 1.3.3 有机半导体光催化材料 |
| 1.4 本论文的选题意义及研究内容 |
| 1.4.1 本论文选题依据及意义 |
| 1.4.2 本论文的研究思路与内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 可见光驱动氮化碳负载非贵金属纳米粒子室温高效催化硼烷氨产氢 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 催化剂合成与催化产氢性能评价 |
| 2.2.1 催化剂合成 |
| 2.2.2 催化产氢性能评价 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 催化剂表征 |
| 2.3.2 催化剂产氢性能 |
| 2.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 能带可调的氮化碳负载非贵金属纳米粒子室温高效催化硼烷氨产氢 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 催化剂合成与催化产氢性能评价 |
| 3.2.1 催化剂合成 |
| 3.2.2 催化产氢性能评价 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 后修饰多孔氮化碳负载的非贵金属纳米粒子光催化硼烷氨产氢 |
| 3.3.1.1 催化剂设计策略 |
| 3.3.1.2 催化剂表征 |
| 3.3.1.3 催化产氢性能 |
| 3.3.2 无定形氮化碳负载非贵金属纳米粒子光催化硼烷氨产氢 |
| 3.3.2.1 催化剂设计策略 |
| 3.3.2.2 催化剂表征 |
| 3.3.2.3 催化剂产氢性能 |
| 3.3.2.4 催化产氢机理 |
| 3.3.3 掺杂和缺陷协同调控的氮化碳负载非贵金属纳米粒子光催化硼烷氨产氢 |
| 3.3.3.1 催化剂设计策略 |
| 3.3.3.2 催化剂表征 |
| 3.3.3.3 催化产氢性能 |
| 3.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 基于层状双氢氧化物的负载型催化剂高效光催化硼烷氨产氢 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 催化剂合成与催化产氢性能评价 |
| 4.2.1 催化剂合成 |
| 4.2.2 催化产氢性能评价 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 LDH衍生的Cu-Cr氧化物负载非贵金属纳米粒子光催化硼烷氨产氢 |
| 4.3.1.1 催化剂设计 |
| 4.3.1.2 催化剂表征 |
| 4.3.1.3 催化剂产氢性能 |
| 4.3.2 LDH衍生的Cu O-LDH负载非贵金属纳米粒子光催化硼烷氨产氢 |
| 4.3.2.1 催化剂设计策略 |
| 4.3.2.2 催化剂表征 |
| 4.3.2.3 催化剂产氢性能 |
| 4.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 含非贵金属的纳米粒子化学环境调控及其室温光催化甲酸产氢 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 催化剂合成与催化产氢性能评价 |
| 5.2.1 组成和结构不同的氮化碳合成 |
| 5.2.2 催化剂合成 |
| 5.2.3 催化产氢性能评价 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 催化剂表征 |
| 5.3.2 催化产氢性能 |
| 5.3.3 催化剂产氢机理 |
| 5.4 小结 |
| 参考文献 |
| 总结 |
| 展望 |
| 致谢 |
| 博士期间发表的论文 |
| 附录 |
| 附表1 实验药品 |
| 附表2 测试仪器 |
（5）铁系金属基电极材料的制备及其电解水性能的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 制氢技术分类 |
| 1.2.1 化石原料制氢 |
| 1.2.2 生物质制氢 |
| 1.2.3 光解水制氢 |
| 1.2.4 电解水制氢 |
| 1.3 电解水制氢 |
| 1.3.1 电解水制氢机理 |
| 1.3.2 电解水催化剂活性的评估参数 |
| 1.4 电解水催化剂研究现状 |
| 1.4.1 贵金属催化剂 |
| 1.4.2 非贵金属催化剂 |
| 1.5 铁系金属基催化剂研究现状 |
| 1.5.1 硫化物电催化剂 |
| 1.5.2 硒化物电催化剂 |
| 1.5.3 磷化物电催化剂 |
| 1.6 电解水催化剂的改进措施和策略 |
| 1.6.1 尺寸控制 |
| 1.6.2 掺杂调控 |
| 1.6.3 形貌控制 |
| 1.6.4 缺陷调控 |
| 1.7 本课题选题意义和内容 |
| 1.7.1 选题意义 |
| 1.7.2 研究内容 |
| 第2章 Ni_2P富晶界电极材料的制备及其电解水性能的研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 实验药品与仪器设备 |
| 2.2.2 样品制备 |
| 2.2.3 材料的物理表征 |
| 2.2.4 催化剂的电化学表征 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 物理表征 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 Co,Fe掺杂Ni(OH)_2电极材料的制备及其电解水性能的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验药品与仪器设备 |
| 3.2.2 样品制备 |
| 3.2.3 材料的物理表征 |
| 3.2.4 催化剂的电解水性能测试 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 Ni_2P/NiFeP富晶界电极材料的制备及其析氧性能的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 实验原料及仪器设备 |
| 4.2.2 样品制备 |
| 4.2.3 材料的物理表征 |
| 4.2.4 催化剂的电解水性能测试 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文及专利 |
（6）高效过渡金属Ni/Co基催化剂的构筑及电催化性能的研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 电催化水分解介绍 |
| 1.2.1 电解水析氢反应机理 |
| 1.2.2 电解水析氧反应机理 |
| 1.2.3 电化学全解水 |
| 1.2.4 电解水领域研究进展和面临的挑战 |
| 1.3 电解水催化材料评价标准 |
| 1.3.1 过电势 |
| 1.3.2 塔菲尔斜率和交换电流密度 |
| 1.3.3 电化学活性比表面积 |
| 1.3.4 法拉第效率 |
| 1.3.5 转化频率 |
| 1.3.6 稳定性 |
| 1.4 过渡金属基催化剂在电解水领域的应用 |
| 1.4.1 析氢催化材料 |
| 1.4.2 析氧催化材料 |
| 1.5 电催化剂活性提升策略 |
| 1.5.1 杂原子掺杂策略 |
| 1.5.2 界面工程策略 |
| 1.5.3 多孔结构策略 |
| 1.5.4 纳米结构化策略 |
| 1.6 本论文的选题目的和研究内容 |
| 第二章 实验技术及测试方法 |
| 2.1 实验试剂及实验设备 |
| 2.2 电极制备与测试方法 |
| 2.2.1 Pt/C电极和IrO_2电极的制备 |
| 2.2.2 基本测试方法 |
| 第三章 MOF衍生N-CoO@CoP糖葫芦状纳米阵列用作高效双功能电催化剂 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 化学试剂 |
| 3.2.2 N-CoO@CoP催化剂的合成方法 |
| 3.2.3 催化剂电极材料表征 |
| 3.2.4 电化学测试 |
| 3.3 结果和讨论 |
| 3.3.1 N-CoO@CoP等催化剂材料晶体结构表征 |
| 3.3.2 N-CoO@CoP等催化剂材料形貌表征 |
| 3.3.3 N-CoO@CoP催化剂材料表面化学态分析 |
| 3.3.4 N-CoO@CoP催化剂电极OER活性 |
| 3.3.5 N-CoO@CoP催化剂电极HER活性 |
| 3.3.6 N-CoO@CoP催化剂电极全解水性能 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 合理设计3D分级Ni-Co-S@CuO/CF超薄多孔纳米片阵列材料用作高效OER催化剂 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 化学试剂 |
| 4.2.2 混合泡沫基底CuO/Cu及 Ni-Co-S@CuO/CF催化剂的合成方法 |
| 4.2.3 催化剂电极材料表征 |
| 4.2.4 电化学测试 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 Ni-Co-S@CuO/CF等催化剂电极形貌表征 |
| 4.3.2 Ni-Co-S@CuO/CF催化剂材料晶体结构和表面化学态表征 |
| 4.3.3 Ni-Co-S@CuO/CF等催化剂电极OER活性 |
| 4.3.4 经过稳定性测试后Ni-Co-S@CuO/CF催化剂材料的表征 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 通过异相Ce O_2调控Co_4N纳米线的电子结构制备高活性碱性HER催化剂 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 化学试剂 |
| 5.2.2 Co_4N-Ce O_2/NF催化剂的合成方法 |
| 5.2.3 Co_4N-Ce O_2/NF催化剂材料表征 |
| 5.2.4 电化学测试 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 Co_4N-Ce O_2/NF等催化剂材料的晶体结构表征 |
| 5.3.2 Co_4N-Ce O_2/NF等催化剂材料的表面化学态表征 |
| 5.3.3 Co_4N-Ce O_2/NF等催化剂材料形貌表征 |
| 5.3.4 Co_4N-Ce O_2/NF催化剂材料亲水疏气性表征 |
| 5.3.5 Co_4N-Ce O_2/NF等催化剂材料HER活性 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 一步法合成3D自支撑Ce耦合的Ni_3S_2/NiS@NF纳米芽超疏气高效OER催化剂 |
| 6.1 前言 |
| 6.2 实验部分 |
| 6.2.1 化学试剂 |
| 6.2.2 Ce-Ni_3S_2/NiS@NF催化剂的合成方法 |
| 6.2.3 Ce-Ni_3S_2/NiS@NF催化剂材料表征 |
| 6.2.4 电化学测试 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 Ce-Ni_3S_2/NiS@NF催化剂材料的形貌表征 |
| 6.3.2 Ce-Ni_3S_2/NiS@NF催化剂材料的晶体结构表征 |
| 6.3.3 Ce-Ni_3S_2/NiS@NF催化剂电极的表面化学态表征 |
| 6.3.4 Ce-Ni_3S_2/NiS@NF催化剂电极亲水疏气性表征 |
| 6.3.5 Ce-Ni_3S_2/NiS@NF催化剂电极OER活性 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及博士学习期间的科研成果 |
| 致谢 |
（7）铂基金属催化剂的制备及其氧还原性能的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 燃料电池概述 |
| 1.2 质子交换膜燃料电池 |
| 1.2.1 质子交换膜燃料电池的简介 |
| 1.2.2 质子交换膜燃料电池的工作原理 |
| 1.2.3 质子交换膜燃料电池中的氧还原反应 |
| 1.2.4 质子交换膜燃料电池面临的问题及挑战 |
| 1.3 铂基催化剂 |
| 1.3.1 铂基催化剂性能的影响因素 |
| 1.3.2 Pt基催化剂的研究进展 |
| 1.4 催化剂的制备 |
| 1.4.1 溶剂热法 |
| 1.4.2 溶胶-凝胶法 |
| 1.4.3 电化学置换法 |
| 1.4.4 电化学沉积法 |
| 1.5 本文选题意义与研究内容 |
| 1.5.1 选题意义 |
| 1.5.2 研究内容 |
| 第二章 实验材料与表征方法 |
| 2.1 实验药品及试剂 |
| 2.2 实验仪器与设备 |
| 2.3 实验物理表征 |
| 2.3.1 X射线粉末衍射分析(XRD) |
| 2.3.2 X射线光电子能谱仪(XPS) |
| 2.3.3 场发射电子扫描显微电镜(FESEM) |
| 2.3.4 透射电子显微镜(TEM) |
| 2.3.5 电感耦合等离子体光谱仪(ICP-OES) |
| 2.4 催化剂的电化学性能测试 |
| 2.4.1 催化剂薄膜的制备 |
| 2.4.2 氧还原反应测试 |
| 第三章 具有铂皮肤的镶嵌纳米枝晶的铂钴纳米框架结构的高稳定性催化剂用于氧还原电催化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 镶嵌纳米枝晶的铂钴纳米框架(Pt-Co ND-NF)催化剂的制备 |
| 3.2.2 铂钴纳米枝晶(Pt-Co ND)的制备 |
| 3.2.3 镶嵌纳米枝晶的铂钴菱形十二面体(Pt-Co ND-SD)的制备 |
| 3.2.4 碳载催化剂的制备 |
| 3.2.5 电化学测试 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 催化剂的基本表征与分析 |
| 3.3.2 催化剂氧还原性能研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 合成PtCo-Au纳米框架三元合金催化剂用于氧还原反应性能的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 PtCo-AuNP催化剂的合成 |
| 4.2.2 PtCo-AuNF催化剂的合成 |
| 4.2.3 碳载催化剂的制备 |
| 4.2.4 电化学测试 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 TEM表征与分析 |
| 4.3.2 材料的其他表征与分析 |
| 4.3.3 催化剂氧还原性能研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 5.3 主要创新点 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表论文情况 |
（8）多组分金属纳米催化剂的合成设计及其在限域空间内的协同催化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 限域结构的基本概念 |
| 1.3 限域结构的种类与合成 |
| 1.3.1 Core@Shell与Yolk@Shell结构 |
| 1.3.2 Yolk@Shell结构的合成方法 |
| 1.4 水体中有机物的治理方法 |
| 1.4.1 水中有机污染物处理概述 |
| 1.4.2 光催化 |
| 1.4.3 芬顿催化 |
| 1.5 协同效应的积极作用 |
| 第2章 Fe_2O_3-Au@SiO_2限域多组分协同体系合成研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 化学试剂 |
| 2.2.2 纳米线性氧化铁的合成 |
| 2.2.3 Fe_2O_3@C复合物的合成 |
| 2.2.4 Fe_2O_3-Au@C复合物的合成 |
| 2.2.5 Yolk@Shell Fe_2O_3-Au@SiO_2纳米反应器的合成 |
| 2.2.6 对照组材料的合成 |
| 2.2.7 样品表征 |
| 2.3 催化测试 |
| 2.3.1 不同反应条件下的性能测试 |
| 2.3.2 几种有机物的催化性能测试 |
| 2.3.3 对照组材料的性能测试 |
| 2.3.4 自由基捕获试验及EPR检测 |
| 2.3.5 催化剂循环性能实验 |
| 2.4 结果与讨论 |
| 2.4.1 表征结果分析 |
| 2.4.2 不同催化条件下的性能比较 |
| 2.4.3 几种有机物在光芬顿条件下的催化降解 |
| 2.4.4 对照组材料的催化测试 |
| 2.4.5 对活性基团影响的研究 |
| 2.4.6 对催化剂循环利用性能的研究 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 以异质结为核心的限域结构材料合成与测试 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 异质结结构简介 |
| 3.3 材料合成 |
| 3.3.1 化学试剂 |
| 3.3.2 材料合成 |
| 3.4 实验部分 |
| 3.4.1 样品表征 |
| 3.4.2 性能测试 |
| 3.5 结果分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 结论与展望 |
| 4.1 实验总结 |
| 4.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
（9）开放式ZIF衍生碳基材料与铂协同氧还原电催化的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.1.1 燃料电池概述 |
| 1.1.2 燃料电池发展历程 |
| 1.1.3 燃料电池现状 |
| 1.2 燃料电池氧还原反应 |
| 1.2.1 氧还原反应概述 |
| 1.2.2 氧还原反应机理 |
| 1.3 铂基催化剂的发展与挑战 |
| 1.3.1 铂基合金催化剂研究方向 |
| 1.3.1.1 铂/铂基合金ORR催化剂 |
| 1.3.1.2 M@Pt核壳结构催化剂 |
| 1.3.1.3 Pt基框架纳米结构ORR催化剂 |
| 1.3.2 碳载铂基催化剂的研究进展 |
| 1.4 本论文的研究目的、内容及意义 |
| 第二章 实验与表征 |
| 2.1 实验材料与试剂 |
| 2.2 实验仪器 |
| 2.3 实验与表征 |
| 2.3.1 材料物理表征 |
| 2.3.1.1 扫描电子显微镜测试(SEM) |
| 2.3.1.2 描透射电子显微镜测试(TEM) |
| 2.3.1.3 X 射线粉末衍射(XRD) |
| 2.3.1.4 X射线光电子能谱仪(XPS) |
| 2.3.2 电化学表征 |
| 2.3.2.1 催化剂薄膜电极的制备 |
| 2.3.2.2 氧还原性能测试 |
| 第三章 开放式ZIF衍生碳基纳米片负载铂钴纳米颗粒催化剂的制备及其氧还原电催化性能的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验试剂 |
| 3.2.2 ZIF67 纳米立方体结构的制备 |
| 3.2.3 ZIF衍生碳基纳米片状结构的制备 |
| 3.2.4 ZIF衍生碳基纳米片负载铂钴纳米颗粒催化剂结构的制备 |
| 3.2.5 样品表征 |
| 3.2.6 ZIF衍生碳基负载铂钴纳米颗粒催化剂结构的制备和活化过程 |
| 3.2.7 电化学性能表征 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 ZIF衍生碳基纳米片负载铂钴纳米颗粒结构的表征 |
| 3.3.2 ZIF衍生碳基纳米片负载铂钴双金属纳米颗粒结构的可控合成与形成机理的研究 |
| 3.3.3 氧还原催化性能测试 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 ZIF衍生多级孔氮掺杂碳纳米棒载PtCo纳米颗粒催化剂的制备及其氧还原电催化性能的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 ZIF衍生Co-N-C多级孔纳米棒的通用合成方法 |
| 4.2.2 ZIF衍生多级孔氮掺杂碳纳米棒载PtCoNR催化剂的制备 |
| 4.2.3 电化学测试 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 ZIF 衍生多级孔碳纳米棒碳基载 PtCo NR 催化剂结构的表征 |
| 4.3.2 ZIF衍生多级孔氮掺杂碳纳米棒载PtCoNR催化剂的可控合成与形成机理的研究 |
| 4.3.3 氧还原催化性能测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 本论文的不足与展望 |
| 5.3 本论文的创新之处 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间论文发表情况 |
（10）高效过渡金属磷化物电催化剂的设计、合成及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 章绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 电催化水解概述 |
| 1.2.1 电解水发展史 |
| 1.2.2 电解水的原理 |
| 1.2.3 析氢反应 |
| 1.2.4 阳极析氧反应 |
| 1.2.5 催化剂的活性表征 |
| 1.2.5.1 催化剂的测试体系 |
| 1.2.5.2 催化剂的整体活性 |
| 1.2.5.3 Tafel斜率和交换电流密度 |
| 1.2.5.4 转换频率 |
| 1.2.5.5 稳定性 |
| 1.2.5.6 法拉第效率 |
| 1.2.5.7 电化学活性面积 |
| 1.2.5.8 电荷传输电阻 |
| 1.3 过渡金属磷化物电催化水解的应用 |
| 1.3.1 过渡金属磷化物 |
| 1.3.2 过渡金属磷化物的制备方法 |
| 1.3.3 过渡金属磷化物的电催化性能 |
| 1.3.4 过渡金属磷化物电催化性能的调控方法 |
| 1.3.4.1 杂原子掺杂 |
| 1.3.4.2 空位缺陷工程 |
| 1.3.4.3 异质结构构建 |
| 1.3.4.4 晶相调控 |
| 1.3.4.5 磷化物/碳杂化体系构建 |
| 1.3.4.6 高活性晶面暴露 |
| 1.4 本论文的选题依据和研究内容 |
| 1.5 本文的创新点 |
| 2 实验部分 |
| 2.1 实验试剂和仪器 |
| 2.1.1 实验试剂 |
| 2.1.2 实验设备 |
| 2.2 材料的制备和合成方法 |
| 2.2.1 水热法 |
| 2.2.2 固相反应法 |
| 2.2.3 热分解还原法 |
| 2.3 物理化学表征方法 |
| 2.3.1 X射线光电子能谱仪 |
| 2.3.2 X射线衍射仪 |
| 2.3.3 扫描电子显微镜和能量色散X射线光谱仪 |
| 2.3.4 透射电子显微镜 |
| 2.3.5 傅里叶变换红外光谱 |
| 2.4 电化学性能表征方法 |
| 2.4.1 极化曲线测试 |
| 2.4.2 循环伏安测试 |
| 2.4.3 计时电流测试 |
| 2.4.4 电化学交流阻抗测试 |
| 2.5 理论计算表征方法与技术 |
| 2.5.1 第一性原理计算简介 |
| 2.5.2 态密度和氢吸附能量势垒的计算 |
| 2.6 小结 |
| 3 WP_2/NF纳米线阵列的制备及其作为全解水催化电极的应用 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 WP_2 NW/NF的制备 |
| 3.2.2 催化剂材料的物理和化学性能表征 |
| 3.2.3 催化剂的电化学性能测试 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 催化剂材料的形貌、组成和结构分析 |
| 3.3.2 三维纳米结构WP_2 NW/NF催化剂的电化学性能 |
| 3.3.2.1 三维纳米结构WP_2 NW/NF催化剂的析氢性能 |
| 3.3.2.2 三维纳米结构WP_2 NW/NF催化剂的析氧性能 |
| 3.3.2.3 三维纳米结构WP_2 NW/NF催化剂的全解水性能 |
| 3.3.3 理论计算结果与分析 |
| 3.4 小结 |
| 4 PANI/Ni_2P-NF阵列催化剂制备及其作为析氢电极的应用 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 催化剂的制备 |
| 4.2.2 材料的表征 |
| 4.2.3 催化剂的电化学测试 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 催化剂的形貌、结构和组成分析 |
| 4.3.2 催化剂的析氢性能 |
| 4.3.3 研究不同金属和苯胺浓度对催化剂的析氢性能影响 |
| 4.3.4 研究不同时间对催化剂的析氢性能影响 |
| 4.4 小结 |
| 5 三维针织状PANI/CoNiP-NF阵列催化剂制备及其作为析氢电极的应用 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 催化剂材料的制备 |
| 5.2.2 催化剂的表征 |
| 5.2.3 质子吸附 |
| 5.2.4 催化剂的电化学测试 |
| 5.2.5 理论计算 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 制备催化剂材料的形貌、结构和组成分析 |
| 5.3.2 催化剂电化学性能 |
| 5.4 理论计算结果与分析 |
| 5.5 小结 |
| 6 氮掺杂磷化钴阵列电极制备及其作为全解水电极的应用 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验部分 |
| 6.2.1 材料的制备 |
| 6.2.2 催化剂电化学性能测试 |
| 6.2.3 材料的表征方法 |
| 6.2.4 催化剂质子吸附实验 |
| 6.2.5 理论计算 |
| 6.3 实验结果和讨论 |
| 6.3.1 催化剂材料的结构、形貌分析 |
| 6.3.2 催化剂材料电化学性能 |
| 6.3.2.1 催化剂材料在酸性溶液中析氢电化学性能 |
| 6.3.2.2 催化剂材料在碱性溶液中析氢电化学性能 |
| 6.3.2.3 催化剂材料在碱性溶液中析氧电化学性能 |
| 6.3.2.4 催化剂材料的全解水电化学性能 |
| 6.4 理论计算结果与分析 |
| 6.5 小结 |
| 7 一步法绿色合成Ni_2P@N,P-C催化剂及其电催化性能研究 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 实验部分 |
| 7.2.1 实验材料的制备 |
| 7.2.2 实验材料的表征 |
| 7.2.3 催化剂电化学性能测试 |
| 7.3 结果与讨论 |
| 7.3.1 催化剂材料的形貌、结构表征 |
| 7.3.2 催化剂的电化学性能 |
| 7.3.2.1 催化剂的析氢电化学性能 |
| 7.3.2.2 催化剂材料的析氧电化学性能 |
| 7.3.2.3 催化剂材料的全解水电化学性能 |
| 7.4 小结 |
| 8 总结与展望 |
| 8.1 总结 |
| 8.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 研究成果及发表的学术论文 |
四、纳米结构催化剂的研究和应用（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]掺杂多孔碳基非贵金属电催化剂的设计及性能调控研究[D]. 吕丹丹. 广西大学, 2021(01)
- [3]基于α-Co（OH）2异质结构催化剂的构建及其析氧性能研究[D]. 张南. 大连理工大学, 2021(01)
- [4]小分子高效产氢导向的金属基纳米光催化材料的设计及其性能研究[D]. 张昊. 内蒙古大学, 2021
- [5]铁系金属基电极材料的制备及其电解水性能的研究[D]. 武玉泰. 青岛科技大学, 2021
- [6]高效过渡金属Ni/Co基催化剂的构筑及电催化性能的研究[D]. 鲁梦洁. 吉林大学, 2021(01)
- [7]铂基金属催化剂的制备及其氧还原性能的研究[D]. 祝欣欣. 广西大学, 2021(12)
- [8]多组分金属纳米催化剂的合成设计及其在限域空间内的协同催化研究[D]. 张一飞. 华北电力大学(北京), 2021(01)
- [9]开放式ZIF衍生碳基材料与铂协同氧还原电催化的研究[D]. 莫荣成. 广西大学, 2021(12)
- [10]高效过渡金属磷化物电催化剂的设计、合成及应用[D]. 孟方友. 陕西科技大学, 2021(01)