【摘 要】
：
氢燃料具有高能量密度和零排放二氧化碳的优点,是目前能源领域研究热点之一。利用可再生能源（如风能和太阳能等）产生电力进行电解水制氢,不仅能够提供高纯度氢气,而且整个过程环境友好、可循环再生。电催化水分解的实际电位与理论电位存在较大差距,需要合成性能优异的电催化剂来降低析氢反应（HER）和析氧反应（OER）过电势并提高电化学能量转换效率。近年来,过渡金属磷化物（TMPs）由于独特的理化性质和特殊的类氢
论文部分内容阅读
氢燃料具有高能量密度和零排放二氧化碳的优点,是目前能源领域研究热点之一。利用可再生能源（如风能和太阳能等）产生电力进行电解水制氢,不仅能够提供高纯度氢气,而且整个过程环境友好、可循环再生。电催化水分解的实际电位与理论电位存在较大差距,需要合成性能优异的电催化剂来降低析氢反应（HER）和析氧反应（OER）过电势并提高电化学能量转换效率。近年来,过渡金属磷化物（TMPs）由于独特的理化性质和特殊的类氢酶结构,是一类很有潜力的电催化材料,但其性能目前仍不能满足实际应用需求。研究人员致力于探索诸多策略来改善其表面结构和性能,例如设计合理的活性组分并调整其微观结构,充分暴露材料表面的电化学活性位点,或者优化催化剂表面电子结构,实现对活性位点上吉布斯氢吸附自由能的有效调控。然而,对于特定种类催化剂,如何设计合理、简便的合成工艺来实现上述结构优化仍然具有挑战性。基于此,本论文主要以金属有机框架（MOF）为前驱体衍生制备过渡金属磷化物基纳米材料,设计并合成了中空多孔结构Ni2P@C复合物,Co/CoP/NCNTs异质结构,深入探究其作为HER和OER催化剂的电催化反应机制和电化学动力学。具体内容如下:（1）利用模板法和原位磷化工艺构建中空多孔结构Ni2P@C复合物,最终产物保留了 ZIF前驱体的多面体特征,并形成空心结构,其中引入碳基质可较好地维持菱面体结构完整性,增加电荷传输性能并防止纳米颗粒聚集和粉化。在所有样品中,Ni2P@C-350表现出最好的电催化活性和稳定性。对于HER,仅需要57 mV起始电位,148 mV和285 mV低过电位（η）可以达到10和250 mA cm-2电流密度;对于OER,需要326 mV过电位达到10mAcm-2电流密度;当组装为双电极时,Ni2P@C-350‖Ni2P@C-350 比Pt/C‖RuO2电池可以更有效地进行水分解,且在30小时内稳定运行没有明显衰减。杰出的电催化性能归因于其独特的中空多孔结构,易于接近的活性位点、较短的离子传输路径和优异的结构稳定性,这使得其在分子水平的催化效果得到明显提高,例如Ni2P@C-350在η=250 mV时周转频率高达0.84 s-1,而未经包覆的纯Ni2P仅为0.55 s-1。这些实验结果突出了构建特定纳米结构的改性效果,对HER和OER电极设计具有启发意义。（2）利用碳化-磷化MOF材料来制备具有多区域Janus特性的中空多孔结构Co/CoP/NCNTs复合物。基于金属-半导体粒子耦合形成的Janus效应,电子由Co侧传输至CoP侧,诱导界面两侧电荷密度再分布,增加额外的电子导电区域,并调节相应Co和P元素的电子结构。在制备的Co/NCNTs,Co/CoP/NCNTs和CoP/NCNTs样品中,Co/CoP/NCNTs异质结在酸性和碱性介质中表现出非常显著的活性和长期耐久性,超过了大多数其他预先报道的Co基化合物催化剂,同时Co/CoP/NCNTs复合物也展现了有效的耐酸碱稳定性以及在大电流密度下较好的应用前景。通过DFT计算进一步研究了Co/CoP增强HER活性的可能机制。一方面,双相纳米粒子耦合形成异质界面引起两侧电荷重新排布,形成局域高电子导电区,促进HER的放电步骤。另一方面,深度剪裁调节d带中心,优化H中间体吉布斯吸附自由能,加速氢吸附解吸过程。研究结果表明,这种具有多区域Janus效应的中空多孔结构Co/CoP/NCNTs复合物可以为设计和构建用于宽泛pH下高效HER催化剂提供有效的界面工程改性策略。
其他文献
拓扑绝缘体是内部绝缘、表面导电的一种全新的量子物态,凭借其新奇的物理性质,成为近些年来非常热门的研究领域。由于表面态受到时间反演对称性的保护,对无序等微扰具有良好的鲁棒性,因此,其在自旋电子学、新型二维电子器件和量子计算机等领域具有巨大的应用前景。稀土六硼化物是含有f电子的强关联体系,因此表现出各种奇异的电子性质:超导性、优异的电子发射性能、近藤效应、混合价态和拓扑性质等,这使得稀土六硼化物受到广
通过对薄膜器件施加电压,利用电场效应对材料的磁学、光学、电学等性质进行可逆调控,对提高材料功能性,开发新型电子器件具有重要意义。在电场调控金属薄膜性能的过程中,由于高浓度载流子对电场产生的库仑屏蔽效应,使得电场诱导离子迁移成为电调控金属薄膜性质最有效的方法之一。人们在储氢金属的研究中发现,许多金属不仅具有良好的储氢性能,并且吸收氢气后,其磁学、光学或电学性质还会发生相应的变化,这为电场诱导H+迁移
研究新物态的特性、相变与应用是凝聚态物理当前的主要研究内容。拓扑绝缘体是一种体内绝缘但表面导电的新型量子态,具有被时间反演对称性保护的非平庸表面/边缘态。它的发现颠覆了人们用对称性或某种局域序参量来描述物态的观念,拓扑量子态可以用拓扑不变量来描述。如拓扑绝缘体可以用Z2不变量标记,其在二维和三维体系中均可实现。拓扑绝缘体中磁性的引入可以实现量子反常霍尔效应等新奇量子现象,为低能耗自旋电子学器件的设
VOCs是造成空气污染的主要因素之一,具有一定毒性,对身体及各个感官有刺激作用,控制VOCs的污染刻不容缓。传统活性炭吸附剂存在吸附效果较差、易爆燃等问题,而分子筛吸附剂具有热稳定性强、不易燃、再生性好等独特优势。但分子筛表面的羟基基团具有亲水性,限制了其在实际工业应用中含湿VOCs的高效脱除,因此有必要将其进行疏水化改性,使得疏水性能提升,吸附效果改善。本文采用固定床动态吸附法,对NaY分子筛吸
厄拉戈利（Elaoglix）是非肽小分子促性腺激素释放激素受体拮抗剂,临床用于治疗女性子宫内膜异位症引起的相关疼痛,市场潜力巨大。本文对厄拉戈利（Elaoglix）合成路线中三个关键中间体的工艺进行优化:1)二取代嘧啶二酮化合物（中间体-3）的制备中,优选二乙烯酮参与反应,简化了操作;碘化钾为催化剂,减少催化剂用量,降低生产成本。反应结束后,通过调整乙腈～水比例得到高质量产物,收率85%以上,纯度
环境问题和能源危机日趋严峻,开发新型可再生清洁能源已间不容缓。太阳能具有普遍、清洁、可再生、能量巨大等优势,在光伏、光热等方面已经进入了大规模应用阶段,但是太阳能具有间歇性和波动性,极大地限制了其应用。氢能具有能量密度高、清洁无污染、可持续、利用方式多样等众多优势,被认为是理想的储能形式。光电化学分解水制氢结合了太阳能和氢能的优势,可将太阳能转化为氢气储存起来,经济环保,是一种极具发展前景的能源技
压电陶瓷是一类非常重要的功能性材料,在航天、新能源、交通运输和国防工业等众多国民经济领域有着广泛应用。随着现代科学技术的发展,压电陶瓷的应用范围更加广泛,所以人们对其应用温度的要求也越来越高。比如超声应用中的大功率超声换能器、超声焊接,核反应堆中的高温定位探测器,石油探测领域中的高温探头,高级汽车电喷系统中的喷油器等核心器件都必须选用高居里温度的压电陶瓷材料。然而,传统的压电陶瓷为:锆钛酸铅(（P
热障涂层（Thermal barrier coatings,简称TBCs）具有保护热端部件免受高温氧化侵蚀、延长发动机服役寿命等作用。恶劣的工作环境使其对涂层材料的选择十分苛刻。磁铅石型镁基六铝酸镧材料（LaMgAl11O19,简称LMA）因具有高温相稳定性、高热膨胀系数和低热导率等优异性能,成为极具应用前景的新型TBCs材料。基于该材料存在纯相制备温度高、Mg位离子替换后综合性能差等问题,本论文
近年来，随着我国学科建设的发展推进，重症医学科危重症病房的应用得到了推广。就孕产妇而言，其危险性较大，易出现各种突发症状，从而对母婴生命健康造成严重威胁，因此加强产科血压变化监测十分必要。尤其是有创动脉血压监测，其对孕产妇造成的创伤较大，故需配合相应的护理干预，以保证孕产妇生命安全。该文综述了有创动脉血压监测在产科重症监护病房中的应用和护理研究进展。
电催化技术在能源转换方面应用潜力巨大,电催化分解水可制备绿色清洁的氢能;电催化模拟生物固氮,可将氮气直接还原为化工原料氨。由于Ti3C2（MXene）具有独特的层状结构、价格低廉易制备的特点被广泛应用于电催化领域,然而其电子传输及离子吸附转移困难,在电催化分解水和氮气还原过程均存在催化动力学迟缓,转化效率低的问题。针对上述问题,本论文制备了多种MXene基复合材料进行改进。首先利用光电协同效应调控