金属有机框架衍生物材料的调控合成及其电解水性能研究

来源 :青岛科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:joyancy_baby
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
开发可持续和可再生能源以及高效的能源储存和转换技术对于应对环境和能源挑战至关重要。氢能在所有燃料中质量能量密度最高,被认为是最有应用前景的清洁能源。与传统制氢工艺相比,电催化水分解制氢具有绿色环保和高效可持续的优势,是一种理想的制备氢能的方法。然而电解水制氢的工业化的实现在很大程度上依赖于高效析氢反应(HER)和析氧反应(OER)催化剂的研发。因此,设计和制造低成本、高催化活性、长期稳定的电催化剂是电解水制氢领域的一项具有挑战性的任务。金属有机骨架(MOF)具有开放的结构和大的比表面积,是一种很有前途的前驱体材料,可用于能源转换和存储的高效电催化剂的开发。本论文以具有多面体形貌的MOF为结构模板,通过水热辅助离子刻蚀、高温煅烧和电沉积等方法制备了一系列具有特定形貌的用于催化OER和全水解的双过渡金属材料,并对其元素组成、形貌和结构进行优化以提高催化活性。具体的研究内容如下:(1)通过两步水热法分别制备了负载在泡沫镍上的ZIF-8和镍铁双金属氢氧化物,并优化了Ni和Fe的摩尔比。优化后的Ni0.75Fe0.25(OH)2/NF具有比表面积大、活性位点丰富和电子转移速率快的优势,因而具有较高的催化活性。在1.0 M KOH溶液中达到100 m A cm-2的催化电流密度所需过电位仅为259 m V,并且只需344 m V的低过电位便可驱动400 m A cm-2的电流密度。另外,合成的Ni0.75Fe0.25(OH)2/NF在1.4 V的电位下可稳定运行30 h,电流密度无明显衰减,具有一定的应用前景。(2)以室温合成的ZIF-67为结构模板和Co源,通过高温煅烧碳化和电沉积的策略制备了具有十二面体形貌的Ni(OH)2-Co@C/NF异质结构电催化剂。Ni(OH)2-Co@C/NF的碳骨架为电子传输提供了高效的路径,Ni和Co的协同作用优化了其电子结构,Ni(OH)2和Co@C界面上的相互作用增加了其比表面积和活性位点密度,加快了反应速率,提高了OER的反应动力学。因此,Ni(OH)2-Co@C/NF在碱性条件下仅需297 m V的过电位便能提供100 m A cm-2的电流密度,Tafel斜率仅为64.11m V dec-1,优于众多同类型的催化剂。(3)通过水热离子辅助刻蚀法制备了Ni Co-LDH/NF中空多面体催化剂,该中空多面体由纳米片组装而成,具有粗糙的内外表面。这种结构大大提高了材料的比表面积,暴露了大量的活性位点,缩短了电荷转移路径,为高效催化OER过程创造了条件。Ni Co-LDH/NF在1.0 M KOH中展示了较高催化OER过程的潜能,在电流密度为100 m A cm-2和200 m A cm-2时,所需过电位分别为309和350 m V。Ni Co-LDH/NF在电流密度为20 m A cm-2的情况下,可稳定运行10 h以上,具有良好的稳定性。此外,作为双功能电催化剂,Ni Co-LDH/NF仅需1.57 V便可达到10 m A cm-2的电流密度,为设计中空MOF衍生物催化剂提供了一种思路。
其他文献
四旋翼无人机在可移动平台上的自主着陆是空地机器人协同研究的热点之一。随着机器视觉算法的发展和边缘处理器计算能力的提高,通过视觉传感器指导无人机自主着陆成为了一种可行方案。本文设计了一种基于实例分割网络的四旋翼无人机自主着车系统,研究工作主要包括以下几方面。首先,针对无人机空中视野范围不足的问题,使用机载云台相机替代通常的机载固定相机,并提出了一种包含云台目标跟踪器和机体云台跟踪器的双闭环控制系统结
学位
本论文主要针对液压锚固钻机回转系统实际控制过程中遇到的强非线性、强耦合性以及强外部扰动等难以精确控制的特性,基于数据驱动自适应控制方法提出了一系列改进的算法设计策略,研究和分析了所提方法的可行性,给出了算法设计环节中严格的数学推导证明和仿真验证。论文的主要创新点及结构总结如下:一、针对实际钻机液压伺服回转系统,详细构建了其各关键组成元件的非线性模型。首先,对实际应用中的多种液压系统建模方法进行了简
学位
电解水制氢是一项清洁高效的能源制备技术,对于缓解日益严重的能源危机和环境污染具有重大意义。析氧反应(Oxygen evolution reaction,OER)和析氢反应(Hydrogen evolution reaction,HER)一起构成了完整的电解水反应,但由于OER涉及四电子过程,动力学进程缓慢、反应能垒过大等原因,成为制约电解水技术深入发展的关键因素之一。而当前电解水常用的电解质溶液为
学位
本文以XY公司的研发项目无膦多元多功能聚合物为实际背景,结合了集成产品开发IPD的思想并应用了项目管理的方法,对XY公司的新产品项目研发进行了项目章程设计、项目管理流程设计和时间管理设计。本文主要针对以下内容进行了研究工作:概述并分析了水处理化学品的行业特点与发展趋势和项目管理的理论和集成产品开发理论,采用项目管理和IPD流程管理对XY水处理科技公司新产品无膦多元多功能聚合物项目进行开发管理。以X
学位
化石燃料的大量燃烧造成了严重的环境污染,所以亟需开发清洁能源来替代传统化石能源。具有高能量高密度和零碳排放的氢气被广泛认为是实现世界碳中和及未来能源可持续发展的最有希望的候选者。从长远来看,氢经济结构将会替代化石能源体系,达到全球环保可持续发展的目标。在各种制氢技术中,电化学水分解技术因其高效率和便利性而被看作一种有吸引力、有前途且可靠的未来能源技术。尽管如此,电化学水分解技术仍需要一种高效的电催
学位
近年来,能源短缺和环境污染已经成为当前社会的两大难题,严重影响着人类健康和社会发展。氢气(H2)作为可持续无污染的清洁能源受到了广泛的关注。但是如何清洁可持续的生产H2成为了又一个难题。在众多方法中,利用太阳光催化分解水生产H2受到了许多研究人员的关注,从1972年至今,研究人员开发了一系列的半导体光催化剂。但是大多数半导体光催化剂都存在可见光响应差,稳定性差等缺点,因此各种策略和材料被用来提升光
学位
中国石油LH石化公司120万吨/年柴油加氢改质装置于2015年进行掺炼蜡油适应性改造,改造后装置尝试生产航空煤油。在保证重石脑油满足连续重整装置进料质量要求、尾油满足催化裂化装置进料质量要求的前提下,探寻生产国Ⅴ及国Ⅵ质量标准柴油的最优操作条件,为装置改造后的日常生产及调整优化提供有效数据支撑。本文通过对柴油加氢改质装置改造前后情况的对比,对装置掺炼蜡油后的原料性质及运行工况进行分析。通过对装置主
学位
最近,锂离子电池(LIBs)在能源存储和电动汽车上的广泛应用,使能源系统发生了革命性的变化。随着对锂离子电池需求的快速增长,地壳中锂储量不足(~0.0065%)推高了锂盐的价格,限制了锂离子电池的大规模应用。钠是碱金属家族的另一成员,由于地壳中钠的储量大(~2.64%),钠离子电池(SIBs)能量密度高,被认为是可充电电池的有利替代品。然而,由于Na+的尺寸(1.02?)大于Li+(0.76?),
学位
航空发动机的核心部件就是高压压气机,其效率反映着发动机的工作效率,而运转间隙对压气机的影响很大。一般来说,如果想将涡轮效率提升1%,就要减少0.25mm的高压涡轮叶尖间隙,单位耗油率增加0.25%。反之,如果有过大的运转间隙在压气机中,就会破坏发动机在加速时的气动特性,严重时还会喘振。因此,提高压气机的工作效率,即可提高发动机运转效率、使用寿命和降低油耗。通过热喷涂工艺生产的封严涂层不仅可以让间隙
学位
近年来,银行业竞争压力逐渐加剧,利率市场化的进一步改革致使银行息差收窄、利润率下降;科技金融的迅速发展对商业银行的业务领域不断渗透;新冠疫情的强烈冲击使商业银行线下网点受到重创,面临复杂多变的经济环境,商业银行如何应对这一系列挑战、如何突破瓶颈、实现转型升级以及如何更好地满足多样性的金融需求成为商业银行发展亟需思考的问题。而商业银行零售业务因其具有风险分散、收益稳定的特点逐渐成为商业银行发展的核心
学位