论文部分内容阅读
以Co、Fe、Zn基金属氧化物复合材料在光催化降解和电催化性能的研究为中心,通过冷凝回流法制备出ZnO-ZnFe2O4纳米材料。采用电荷诱导组装法制备出石墨烯量子点修饰ZnO-ZnFe2O4复合材料。以六水合硝酸钴作为钴源,制备出Zn/Co比例不同的ZnxCo1-xFe2O4金属氧化物复合材料。通过简单的热处理方法将P元素掺杂到Zn0.5Co0.5Fe2O4金属氧化物复合材料。主要结论有,(1)通过冷凝回流法和电荷诱导组装法制备的石墨烯量子点修饰ZnO-ZnFe2O4复合材料,其较小的禁带宽度增强了对光的吸收效率,适量石墨烯量子点的修饰提高了电荷传输效率与活性位点数量,具有优异的光催化性能。在光催化降解MB测试中,相比于ZnO和ZnO-ZnFe2O4材料,1GQD/ZnO-ZnFe2O4复合材料的降解性能分别提升了10和4倍。在光催化降解盐酸四环素测试中,1GQD/ZnO-ZnFe2O4复合材料30分钟内的降解效率达到90%以上。(2)通过简单控制金属前驱体的浓度和类型,合成出不同尺寸和形貌的Co3O4纳米晶体材料。与Cubic-18和Triangular-9相比,Cubic-9型Co3O4纳米材料由于具有较大的比表面积和高的氧空位浓度,在0.1M KOH碱性溶液中显示出更高的极限电流密度(5.5 mA/cm2)、更正的半波电位(0.48 V vsRHE)和更接近4的电子转移过程(转移电子数为3.68-3.79)。此外,Cubic-9型Co3O4纳米材料表现出优于商业Pt/C催化剂的稳定性和抗甲醇氧化性能。(3)利用对苯二甲酸作为有机配体,六水合硝酸钴作为钴源,制备ZnxCo1-xFe2O4金属氧化物复合材料。在1M KOH碱性溶液中考察了ZnFe2O4、Zn0.7Co0.3Fe2O4、Zn0.5Co0.5Fe2O4、Zn0.3Co0.7Fe2O4和CoFe2O4材料的OER和HER性能。随着Zn/Co比值的降低,极限电流密度呈现出先增大后减小的趋势,过电位(η10)也表现出先减小后增大的趋势。当Zn/Co比值为1时,Zn0.5Co0.5Fe2O4复合材料表现出优异的OER和HER性能,此时具有最高的极限电流密度,最低的过电位(OER:305 mV,HER:331 mV)和最小的塔菲尔斜率(OER:131 mV/Dec,177 mV/Dec)。稳定性测试结果显示,该材料具有良好的电催化OER稳定性及较差的电催化HER稳定性,在稳定性测试过程中过电位增加了约300 mV。(4)通过热处理方法进行P元素的掺杂,制备P-Zn0.5Co0.5Fe2O4复合材料。在1M KOH碱性溶液中对比了Zn0.5Co0.5Fe2O4和P-Zn0.5Co0.5Fe2O4复合材料的电催化OER和HER性能,发现P元素掺杂可以显著提升材料的催化活性。与Zn0.5Co0.5Fe2O4材料相比,P-Zn0.5Co0.5Fe2O4复合材料具有高的氧空位浓度和电解水活性位点数量(ECSA测试结果表明,P元素掺杂材料的电化学比表面积提高了89%),表现出更大的极限电流密度更小的、更小的过电位(OER:277 mV,HER:191 mV)和塔菲尔斜率(OER:44 mV/Dec,46 mV/Dec)。稳定性测试结果显示,P掺杂Zn0.5Co0.5Fe2O4复合材料具有优异的电催化OER和HER稳定性。