【摘 要】
:
电催化分解水制备氢气,是能量转换与储存的解决方案之一。电解水由两个半反应组成:析氧反应(OER)和析氢反应(HER)。然而,多步质子耦合四电子转移过程导致的缓慢动力学抑制了 OER反应速率,进而限制了电解水的效率。贵金属及其氧化物(主要是Ir或Ru)通常具有优异的OER活性,但稀缺性和高成本限制了其进一步应用推广。因此,亟需开发具有高活性、高稳定性的非贵金属OER电催化剂。在众多非贵金属电催化剂中
论文部分内容阅读
电催化分解水制备氢气,是能量转换与储存的解决方案之一。电解水由两个半反应组成:析氧反应(OER)和析氢反应(HER)。然而,多步质子耦合四电子转移过程导致的缓慢动力学抑制了 OER反应速率,进而限制了电解水的效率。贵金属及其氧化物(主要是Ir或Ru)通常具有优异的OER活性,但稀缺性和高成本限制了其进一步应用推广。因此,亟需开发具有高活性、高稳定性的非贵金属OER电催化剂。在众多非贵金属电催化剂中,过渡金属硼化物具有电导率高、成本低和环境友好等特性,在析氧反应中显示出巨大的应用潜力。同时,由于铁掺杂带来的高氧亲和性有利于高价镍的形成,镍铁基电催化剂被认为具有优异的OER性能。截至目前,晶态金属硼化物的OER催化性能受到了广泛研究,但其工业化应用仍面临巨大挑战。与此同时,非晶态金属硼化物,因其晶格中存在大量由不配位金属原子导致的原子缺陷,并且其无定形结构可提供更多活性位点,进而有望获得显著提升的OER性能。尽管非晶态过渡金属硼化物在碱性环境中已表现出良好的OER活性,然而,由于非晶态硼化物的固有结构和低热力学稳定性,导致其在电催化反应过程中易被腐蚀。因此,亟需合理设计并构建高效非晶态镍铁基硼化物,以同时获得高析氧活性和高稳定性,这对过渡金属硼化物的在电解水领域的应用推广有着重要意义。本论文以镍基硼化物为初始研究对象,基于形貌调控与异质金属复合策略,通过镍盐前驱体诱导作用,实现了非晶态NiB/NiFeB电催化剂的微结构调控,提高了 NiB/NiFeB的电化学活性面积;基于低温煅烧策略,进一步调控了非晶态NiFeB电催化剂的表面电子结构,增强了对OH*自由基的吸附,并促进了表面MOOH活性物质的重构产生,实现了 OER催化活性和稳定性的提升;基于电极自支撑策略,通过磁场诱导作用,构建了具有线形自组装结构的NiFeB/NF自支撑电极,提升了导电性和活性面积,实现了大电流密度下的低过电位和高稳定性。具体内容如下:第一章中,系统地介绍了电催化所面临的问题和研究发展的方向,并对电催化分解水的决速反应(析氧反应)和电催化析氧材料进行了详细论述。进一步讨论了具有良好电催化析氧应用前景的过渡金属硼化物,阐述了过渡金属硼化物的合成方法、在电催化析氧反应中的研究进展和提高其催化性能的改性策略,最终引出本论文的选题内容和研究意义。第二章中,首先基于形貌调控策略,通过改变镍盐前驱体制备了具有不同形貌的NiB/NiFeB电催化材料,并对其微结构、结晶度和电子结构进行表征分析,测试比较了其OER催化活性。实验结果表明镍盐前驱体诱导的形貌差异,进一步影响了 NiB/NiFeB的OER催化活性。由于铁的高氧亲和性,增强了 Ni位点的反应活性,进而提升了 NiFeB催化剂的OER性能。第三章中,基于低温煅烧策略,调节了 NiFeB催化剂的电子结构,研究了低温煅烧与微结构调控策略之间的协同作用。通过低温煅烧制备了颗粒和片状结构的NiFeB NPs-300和NiFeB NSs-300,并对其结晶度、电子结构及电催化性能等进行了表征测试。经低温煅烧处理后,NiFeB NPs-300具有的核壳结构提供了更多的硼酸盐壳,导致更多活性位点的暴露,并有利于表面MOOH的重构生成和稳定存在,使其在20 mA cm-2电流密度下具有231 mV的过电位和长期稳定性。结果表明,低温煅烧与形貌调控策略的协同作用导致NiFeB NPs-300具有优异的OER活性和稳定性。第四章中,基于电极自支撑策略,使用循环浸入法制备了 NiFeB/NF自支撑电极,并通过引入磁场对NiFeB/NF自支撑电极进行了形貌调控。磁场辅助制备的NiFeB/NF自支撑电极具有纳米颗粒自组装而成的线形结构,提升了 NiFeB/NF自支撑电极的导电性,提高了活性位点暴露数量,使其在大电流密度下具有较低的过电位和优异的稳定性。对比实验表明,磁场的存在有利于NiFeB催化剂在泡沫镍表面的均匀分布,并可诱导催化剂自组装成线形结构。最后,对本论文的研究内容进行了总结,讨论了本论文的主要创新点。针对本论文存在的不足,提出了进一步的研究计划,并对以后的工作进行了展望。
其他文献
作为重要的结构健康检测器件,声发射传感器已广泛应用于国民经济的诸多领域。随着现代工业技术特别是航空航天、核电能源等工业技术的快速发展,许多工矿环境对声发射传感器的工作性能提出了更高的要求,迫切期望声发射传感器件能在高温环境中稳定地监测设备的运转状况。目前,国内商业化压电声发射传感器主要采用压电陶瓷作为核心灵敏元件进行制备,它们大都只能工作在中低温环境,不能满足高温应用需求,其主要原因是受居里温度的
在临床用药中,由于人体差异以及其他相关因素的存在,患者通过相同的途径服用相同剂量药物以后,表现出来的临床治疗反应效果却存在较大差异。传统的给药方法已经不能满足人们对治疗效果的期望。建立对血浆中药物浓度测定的方法,正确指导临床用药,从而保证所用药物的安全有效性显得尤为重要。本文采用高效液相色谱-串联质谱法分析测定人体血浆中4种抑郁药、7种抗肿瘤药及丁苯酞的方法,为临床检测提供了有效的技术支持。以下为
全无机钙钛矿材料以其优异的高温稳定性和化学稳定性等优点在光电子领域迅速得到认可。尤其是I和Br混合的卤化物钙钛矿材料(如CsPbI3-xBrx),可以通过调节卤素组成对带隙进行最优调节,为钙钛矿/硅叠层太阳能电池提供合适的材料体系。然而,传统方法制备的CsPbI3-xBrx钙钛矿多晶薄膜具有结晶质量差、晶界浓度高、表面缺陷密度高、晶粒取向不均一等不足,在光照下容易发生严重的卤化物相偏析,对薄膜以及
表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS)是一种快速、高灵敏度的痕量分子检测技术。拉曼光谱作为一种散射光谱,是获取分子振动和结构信息的有效手段,可以提供分子独特的化学指纹图谱。SERS技术可以极大增强拉曼信号,甚至实现单分子检测。SERS活性基底的增强效益和基底的结构息息相关。活性基底表面结构尺寸、形状和材料等的增强特性是当前表面增强拉曼散射领
晶体材料作为材料中的一大分支,在人类生产实践中发挥着巨大作用,而以LN晶体、KN晶体、ReNbO4晶体为代表的铌酸盐晶体,作为晶体材料中新兴的研究对象,拥有优异的压电性能、铁电性能、非线性光学效应、电光效应和光折变效应,引起大量研究人员的关注。本文以铌酸盐晶体中新生长出的大体块单晶GaNbO4晶体为研究对象,进行掺杂Mg和Zn生长以改善性能。采用提拉法成功生长出M:GaNbO4(M=Mg,Zn)晶
背景:急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)后会发生一系列的病理生理改变,包括心肌坏死、心肌水肿、微血管损伤等改变,最后导致心室重构、心力衰竭(Heart Failure,HF)、乳头肌功能失调等严重的心血管不良事件的发生,给家庭和社会造成了严重的经济负担,并严重影响患者的生活质量。STEMI发生后心脏功能的减低表现为左室射血分数(LVEF)的减低。相关的试
目的:总结肾动脉的解剖特点,并探究下腔静脉左侧寻找右肾动脉主干在腹腔镜右肾手术中的应用可行性及价值,评价其对于腹腔镜手术操作的指导意义。方法:收集2019年1月-2020年12月的相关患者的数据并分析,观察并记录采用不同手术操作的两组手术的手术时间、术中估计出血量、术后引流量、拔管天数、术后住院天数等临床指标,并评估两者间的差别。全部数据均采用统计软件包SPSS v.26.0进行统计学分析。当P<
背景近年来,全球的糖尿病患病人数在不断上涨,而糖尿病的发生、进展与胰岛β细胞功能的变化密切相关。所以,胰岛功能分级对于糖尿病患者的管理至关重要。目前全球范围内尚且没有一个公认的胰岛功能分级依据及相应标准可供临床进行糖尿病治疗方案的选择。本研究的目的是寻找一个最佳的胰岛功能指标对糖尿病患者的胰岛β细胞功能进行分级,旨在为糖尿病患者降糖药物的临床治疗选择提供参考,从而实现血糖达标的临床治疗结局。方法本
晶体是指原子或离子等微观离子在三维立体空间中按照一定规律排列构成的固体物质。晶体与我们的生活息息相关,是实现力、热、声、光、电和磁相互转换的重要媒介之一,在科学技术发展日新月异的今天发挥着重要作用。晶体按照用途可以分成许多类型,如非线性激光晶体、压电晶体、磁光晶体、声光晶体等。天然晶体产量较低,且种类、尺寸和质量难以满足科技需求,人工晶体展现出了较大的优越性。自古以来人们就从事着诸如煮海水为盐、炼
氧化物纤维是一种具有较大的比表面积、较大的长径比以及良好柔韧性的一种纤维材料,在航空航天、军事、民用等领域都有很大的应用价值。其中,氧化铝纤维由于高模量、高强度、低热导率的特点,在众多领域发挥着不可或缺的作用。此外,以氧化镥为代表的倍半氧化物也是一类性质优异的材料,具有物理化学性质稳定、熔点高等优势,近年来逐渐成为科研工作者的研究热点。国内对于氧化镥纤维的研究较少,而对氧化铝的研究较久,由于氧化镥