【摘 要】
：
氢能作为零排放、可再生的纯绿色能源,被誉为人类社会的终极能源,中国已将氢能作为战略能源。目前,以电解水制氢为主的“绿氢”技术被认为是未来制氢的重要发展方向,其中,开发可媲美甚至超越贵金属催化剂性能的非贵金属催化剂,是实现电解水大规模发展的必要之举。本文以Ni基电催化剂为切入点,利用新型超快速碳热冲击法制备出了一系列低成本、高性能的OER和HER电催化剂电极;考察研究了催化剂活性金属的电子结构与电催
论文部分内容阅读
氢能作为零排放、可再生的纯绿色能源,被誉为人类社会的终极能源,中国已将氢能作为战略能源。目前,以电解水制氢为主的“绿氢”技术被认为是未来制氢的重要发展方向,其中,开发可媲美甚至超越贵金属催化剂性能的非贵金属催化剂,是实现电解水大规模发展的必要之举。本文以Ni基电催化剂为切入点,利用新型超快速碳热冲击法制备出了一系列低成本、高性能的OER和HER电催化剂电极;考察研究了催化剂活性金属的电子结构与电催化HER性能之间的“构-效”关系,旨在指导Ni基合金类电催化剂的制备研究。本文的主要工作如下:（1）以NiFe基OER电催化剂为模型,证实了碳热冲击法原位构筑一体式催化剂电极的可行性。采用该方法成功合成系列NiFex（0≤x≤3）一体式催化剂电极,通过调控Fe的掺杂量,确定了OER活性最优的n（Ni）:n（Fe）合金比例为3:1,对应Ni3Fe/CACC催化剂电极。通过对Ni3Fe的负载量的优化调控,得到最优负载量为1 mg cm-2,其在电流密度为10 m A cm-2时过电位仅为266 m V,可与贵金属Ir O2相媲美,且Tafel斜率仅为79 m V dec-1,表现出了杰出的OER活性和动力学速率。此外,Ni3Fe/CACC催化剂电极在10 h的大电流测试中能保持良好的稳定性。（2）基于对Ni3Fe/CACC催化剂电极OER性能的探索,本文利用Cr元素能够有效调控材料的电子结构,通过减弱活性位点与H之间的键合强度提升电催化剂的HER活性的特点,制备出了系列新型Ni3Fe1-xCrx（0≤x＜0.3）/CACC一体式催化剂电极。通过调控元素Cr的掺杂量,确定性能最优的材料为Ni3Fe0.9Cr0.1/CACC,在碱性体系中所对应的η10仅为239 m V（OER）和127 m V（HER）,表现出显著高于Ni3Fe/CACC的本征OER/HER活性和稳定性。此外,Ni3Fe0.9Cr0.1/CACC||Ni3Fe0.9Cr0.1/CACC电解槽在电流密度10 m A cm-2时电位仅为1.59 V,并在全解水测试中表现出杰出的耐久性。Cr的部分取代Fe有利于形成Ni3+/Fe3+物种,可有效提高催化剂电极的OER活性。同时可降低水解离能垒,进而提高HER活性。（3）过渡金属Ni被认为是最有希望替代贵金属的HER催化材料,本文利用Ni基合金的组分可调控性,通过其他金属对ANi3的A金属进行取代,开发了系列ANi3/CACC（A=Fe、Mn、Sn、Ti、Cu、Zn）催化剂电极,其中Ni3Fe/CACC具有最优的HER活性,在电流密度为10 m A cm-2时,过电位仅为142 m V,其Tafel斜率为126 m V dec-1。通过对ANi3/CACC中[Ni~0]/[Total]的比值与对应的Tafel斜率的线性关系进行分析,得到y=-318.0+3203.1x的拟合曲线,以此对电催化剂活性金属的电子结构与电催化HER性能之间的关系进行初步研究。
其他文献
三维（3D）集成封装是目前提高集成电路芯片综合性能及控制成本的有效方案,其中硅通孔（TSV）、微凸点焊点及铜异构焊点是实现系统互连的关键部分。但3D封装中多材料、跨尺度和结构复杂的特点以及各材料热膨胀系数（CTE）不匹配问题对封装结构的力学可靠性提出了严峻挑战。尤其是微凸点焊点形状和尺寸灵活多变以及在空间位置上与TSV紧密连接,致使微凸点焊点几何构型对TSV挤出和自身疲劳寿命有明显的影响而不可忽视
精神分裂症是一种病因和病理未明的重性精神疾病,临床症状主要包括幻觉、妄想、语言障碍和认知功能缺陷等。目前,精神分裂症的临床诊断主要依赖于精神科专科医生的主观判断和神经心理学量表评估,仍缺乏客观、有效的生物学标记物。近年来,基于机器学习分类算法的精神分裂症分类研究受到了越来越多研究者的关注,但存在生物学数据单一、算法性能不高等问题。本研究基于多生理生化指标、多模态磁共振图像等多生物学数据,分别采用经
近红外II区波段（NIR-II,～1000-1700 nm）发光具有组织吸收小、散射损失低、自荧光小等特点,在生物成像和生物传感等领域具有巨大的应用前景。稀土掺杂纳米晶作为一种新型的NIR-II发光材料具有发射峰窄、发光寿命长、稳定性高、毒性低等优势,近年来受到广泛关注。Ho3+由于其在1150 nm附近具有特征发射峰,是实现短波长NIR-II发光的主要稀土激活离子之一。此外,得益于优异的发光性能
光纤通信网络由于信息交互日益频繁而面临前所未有的挑战,提高通信容量迫在眉睫,光纤放大器的带宽是提高通信容量的核心。掺铒光纤放大器已被广泛应用于光纤通信网络,其主要使用波段位于1530-1610 nm。到目前为止,L波段（1565-1625 nm）尚未完全用于实际光放大,因此拓展该波段的增益带宽极具意义。增益介质是影响光纤放大器工作波段的主要因素。由于Er3+掺杂硅酸盐光纤与商用硅酸盐光纤的良好兼容
液晶结合了固体的光电各向异性和液体对外场刺激的超强响应能力,并且液晶光开关与薄膜晶体管的完美结合带来了显示技术的革命。当人们觉得液晶材料和应用已经成熟时,2017年Nishikawa和Mandle在铁电向列型液晶（NF）的发现带来新的激动。这是Max Born 1916年预言的第一次实验验证。NF呈现多种杰出的物理特性,如铁电序构、超高介电常数、电场响应灵敏性、强非线性光学响应以及流动性,预示很多
在工业无损检测、医疗、高能物理、国土安全等众多领域,以闪烁体材料为核心的辐射探测器件和系统发挥着不可替代的作用。随着辐射科学技术的发展进步,现有的闪烁体材料难以满足日益严苛的应用需求,开发新型的闪烁体材料具有重要的价值和意义。相比闪烁晶体,闪烁玻璃具有成本低、可大尺寸制备、可光纤化和形状可控等诸多优点;然而闪烁玻璃的低光产额严重限制了其商业化和大规模应用。针对该问题,本论文基于多相材料的设计思想,
基于NaZn13型LaFe13?xSix（1.0≤x≤1.6）化合物存在高纯磁热相（1:13相）成相周期长和力学性能差等问题,本文结合熔炼、熔体快淬、高温扩散退火和HPS/SPS技术制备了一系列La-Fe-Si基磁制冷块材,主要的研究内容和结论如下:首先,本文采用1223 K高温SPS和HPS技术制备LaFe11.8Si1.2磁制冷块材,对比分析HPS和SPS样品的1:13相含量及其成分、1:13
锂离子电池（LIB）是一种高效、便捷的储能设备,在电动汽车及电子产品领域得到广泛的应用。受限于其较低的理论比容量,传统的商业石墨负极无法满足高能量密度锂离子电池的需求。在众多的新型负极材料中,硅基负极材料具有理论容量高、工作电压平台低,以及储量丰富、环保等特点,逐渐成为下一代商业负极的主要选择。然而,硅负极存在本征电导率差和嵌锂体积膨胀大的问题,限制了其商业化应用。因此,本研究的目标是开发出低成本
氧电化学涉及两类反应,一类是氧还原反应（ORR）,另一类是氧析出反应（OER）。由于均涉及多步电子-质子耦合步骤,这两类反应的动力学十分滞缓。使用合适的催化剂,可有效降低电催化反应的活化能,提高反应动力学。但目前商业化的催化剂均以贵金属为主,价格高昂且稳定性不足,不利于相关器件的大规模推广。因此,如何在确保催化活性的前提下大幅度降低贵金属的用量或不使用贵金属材料是电化学能源领域的前沿科学问题。基于
作为维持生命活动的生物大分子,蛋白质的异常表达常与疾病的发生有关,因此对蛋白质形状或结构的检测或表征具有重要的意义。其中,基于玻璃锥形纳米孔的纳米孔传感技术以其低成本、易于制备、力学性质稳定、高通量等优势,已被广泛地应用到单分子蛋白质的检测当中,获取如:蛋白质的尺寸大小、形状及构象变化等信息。在已有的纳米孔检测研究中,蛋白质通常被假定为球体,而蛋白质本身的非球形特征往往被忽略。但是,在实际应用中,