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传统催化材料因自身较大的宏观尺寸而难以在催化反应中取得理想的催化效果,具有低维尺寸特点的纳米催化材料拥有更高的比表面积,具有相对较低的配位环境,具备量子效应等,使其在催化领域具备鲜明的优势。于是,单分散或近单分散纳米颗粒的合成逐步成为科研领域的热点之一[1]。然而,这些材料大多来自有机溶液相还原,合成方法的复杂程度和合成成本使其难以实现工业应用[2]。因此开发具有低配位环境的单分散纳米材料的通用合成方法具有十分重要的意义。本课题的研究重点在于开发单分散镍基纳米晶的通用的合成方法,分别实现了 NiRu、NiFe、NiCo单分散纳米晶的通用合成,并在CO2甲烷化、电催化析氧、超级电容器领域取得了良好的应用,同时重点研究了纳米材料在电催化反应中的演变过程,结合表征分析和理论计算,对元素协同效应和载体效应进行了良好的诠释。在第三章实验中,采用改良热注入的合成方法,在油胺体系中,以硼氢化钠的N-N二甲基甲酰胺溶液为还原剂,实现了 3 nm单分散NiRu纳米晶的制备,并将该材料成功应用于二氧化碳甲烷化反应中,得益于小尺寸效应和NiRu的协同效应,微量Ru的引入不仅显著提升镍纳米颗粒的分散性,同时显著提升了二氧化碳甲烷化活性和选择性。在第四章实验中,将相同的合成方法拓展到不同摩尔比的4 nm直径的NiFe纳米颗粒合成中,并探究了该材料在电催化OER中催化性能,该催化剂在碱性溶液中表现出优异的电催化OER性能,在20 mA/cm2电流密度下Ni0.4Fe0.6/NF材料的过电位仅为231 mV,性能优于已有文献报道性能。在第五章实验中,使用N-N二甲基甲酰胺为溶剂,NaBH4为还原剂,实现了 4 nm NixFe(1-x)@NixFe(1-x)O亲水磁性纳米颗粒的制备,并利用其磁性特点,提出了磁性自吸引的方法,实现了磁性纳米材料在磁性载体上的负载,在OER过程中,这些NixFe(1-x)@NixFe(1-x)O NPs可以在没有任何粘合剂或添加剂的情况下被牢固地磁吸引到泡沫镍上。在1.0 M KOH中受组分效应影响,Ni0.7Fe0.3@Ni0.7Fe0.3O/NF表现出优异的OER活性,在10 mA·cm-2时仅需215 mV过电位。并通过表征和理论计算对其机理进行了深入研究。由于自磁性吸引和小尺寸效应,该材料在电催化OER过程中表现出杰出的稳定性和活性,甚至超过了大多数自支撑催化剂。在第四阶段实验中,采用相似的合成方法,制备合成了 4 nm的镍钴纳米颗粒,因其在电催化中表现出镍基材料明显的赝电容的特点,因此将此催化剂应用于超级电容器领域,提出了新颖的OER活化制备镍钴基超级电容器材料的概念,并表现出良好的充放电容量和循环性能。同时根据镍钴纳米颗粒负载在泡沫镍和泡沫钴上超电性能的巨大差异,进行了理论验证。最后以活性炭材料为负极,镍钴材料为正极,进了非对称型超级电容器的组装。综合而言,本课题研究通过不断优化镍基纳米颗粒的合成方法,在油胺体系中合成制备了单分散镍钌、镍铁纳米颗粒,在DMF体系中合成制备了单分散镍铁、镍钴纳米颗粒,并在CO2甲烷化,电催化析氧、超级电容器领域中取得了优异的催化性能。