【摘 要】
：
随着化石能源的日益枯竭,开发利用新能源的需求日益增加,新能源如风能、太阳能以及潮汐能等的持续性利用离不开能源储存与转换设备的发展,电解水设备和锌空气电池作为其中最具有发展潜力的代表性设备,成为了当今能源领域的科研焦点。电解水设备和锌空气电池的商业化受制于其动力学缓慢的电极反应,开发高效的电化学催化剂具有重要的现实意义。过渡金属钼由于其储量丰富、化学性质丰富等特性在电催化领域被广泛研究,本文以钼基材
论文部分内容阅读
随着化石能源的日益枯竭,开发利用新能源的需求日益增加,新能源如风能、太阳能以及潮汐能等的持续性利用离不开能源储存与转换设备的发展,电解水设备和锌空气电池作为其中最具有发展潜力的代表性设备,成为了当今能源领域的科研焦点。电解水设备和锌空气电池的商业化受制于其动力学缓慢的电极反应,开发高效的电化学催化剂具有重要的现实意义。过渡金属钼由于其储量丰富、化学性质丰富等特性在电催化领域被广泛研究,本文以钼基材料作为研究核心,首先介绍了析氢反应、析氧反应以及氧还原反应的机理,以及钼基催化剂在电催化领域的研究进展和存在的不足,重点研究了形貌工程、异质界面工程以及杂原子掺杂对于钼基催化剂的改性效应,基于此逆向引导成功制备出了应用于电解水和锌空电池的双功能催化剂及高活性析氧催化剂,运用的合成策略对纳米催化剂的设计具有一定的指导意义。具体工作如下:钼基多元金属硫化物作为高效双功能催化剂应用于电解水。选用纳米棒状结构的三氧化钼作为自牺牲模板和钼源,引入醋酸镍以及醋酸钴作为镍源和钴源,醋酸根水解生成的氢氧根刻蚀三氧化钼,并为镍钴氢氧化物提供生长位点,随后经过化学气相沉积法制得MoS2/NiS2/CoS2。三元金属硫化物之间发生强电子相互作用,修饰异质界面处的电子构型,实验结合理论计算证明异质界面处的电子作用可以优化MoS2/NiS2/CoS2对于游离态氢和羟基的吸附能力,进而提升其析氢和析氧活性,MoS2/NiS2/CoS2仅需1.54 V的电压即可实现高效电解水。钼基双金属碳化物作为高效双功能催化剂应用于锌空电池。以纳米棒状结构的三氧化钼作为前驱物,通过引入盐酸多巴胺以及ZIF-67成功制得了氧双功能催化剂应用于锌空电池,利用盐酸多巴胺在弱碱性环境中的自聚合实现了碳元素在管状结构上的均匀分布。此外,聚多巴胺和ZIF-67的引入为氮掺杂碳的形成提供了条件,为催化剂创造了额外的活性位点。得益于多活性位点的存在,合成的催化剂Co6Mo6C2-Co@NC高效催化锌空气电池。钼掺杂镍铁氢氧化物作为高效电催化剂应用于析氧反应。以三氧化钼、醋酸镍以及醋酸亚铁作为前驱物,成功制备了具有由二维纳米片堆叠而成的中空管状结构的Mo-NiFe-LDH,独特的结构可以避免层状结构的NiFe-LDH的堆叠,使得催化剂具有大的电化学有效比表面积。同时Mo掺杂剂通过强电子捕获能力可以有效修饰NiFe-LDH的电子构型,进而提升其析氧反应活性。实验表明合成的Mo-NiFe-LDH具有优异的析氧活性,在碱性介质中仅需要317 mV的过电势就可以驱动20 mA cm-2的电流密度。
其他文献
面对传统能源日益枯竭和环境污染加剧的现状,金属-空气电池（MABs）、燃料电池等先进的能源转化系统越来越受到重视。但是,氧还原反应（ORR）与氧析出反应（OER）动力学较慢、超电势高、转换效率较低,成为制约MABs、燃料电池等清洁能源设备的主要瓶颈之一。虽然Pt/C和Ru O2/Ir O2分别表现出出色的ORR和OER催化活性,但它们成本高、丰度低、稳定性差、催化活性单一,针对这些突出的问题,本论
随着传统化石能源的不断消耗,各国都在寻找新能源的替代方案,生物质能是唯一的可再生含碳资源。但是生物质能本身含氧量高,导致其热值低化学稳定性差,所以将其进行加氢脱氧制备高附加值化学品是十分关键的。其中糠醛作为重要的生物质平台化合物,由富含木质纤维素的农业肥料中制备而成,其原料不在人类的食物链范围内,每年我国产量丰富,导致糠醛价格低廉,下游产品经济价值高,需求范围广泛,其中2-甲基呋喃作为糠醛加氢脱氧
目前,随着工业化进程的高速发展,全世界CO2排放量逐年增加,温室效应日益加剧,为实现绿色可持续发展,碳达峰和碳中和已成为我国“十四五”时期必须着手推进的重点工作之一,因此对CO2的捕集和分离已经迫在眉睫。与传统的CO2分离方法相比,膜分离法具有分离效率高、能耗低等发展潜力。结合聚合物膜和无机膜优势的混合基质膜（MMMs）理论上可实现高渗透性和高选择性。金属有机骨架（MOF）部分有机的结构使其相较于
水资源短缺问题日益严峻,因此,加强水资源的开发与利用成为了全社会关注的问题。大气中的水雾蕴含大量的水资源,主要包括自然界存在的浓雾与工业产生的大量水雾。因此,回收大气中的水雾是一种行之有效的节水办法。本文针对水雾收集,以制备材料为主体,开展了如下三方面工作:（1）制备了超疏水不锈钢网并考察了其集雾性能。以304不锈钢网为基材,通过电沉积法在不锈钢网表面构建了本征疏水且具有微纳米尺度的氧化铈涂层,经
目前,钠离子电池因其资源丰富、分布广泛、价格低廉等优点而备受关注,被认为是未来储能系统的最佳候选者之一。但是,钠离子质量较重且半径较大,电极材料在电化学过程中存在反应动力学慢及体积应变大等问题。因此,开发高性能的正/负极材料是钠离子电池商用的关键。在诸多正/负极材料中,结构稳定且工作电压高的氟磷酸钒钠（Na3V2（PO4）2F3,NVPF）正极和高理论比容量的金属硫化物（MSs）负极极具发展潜力。
含氮化合物存在于很多生物活性分子、药物分子以及功能性材料中,因此构建CN键具有广阔的发展前景和应用价值,成为有机合成领域的研究热点之一。近年来,醇类作为价格便宜且可持续的原料代替卤化物作烷基化试剂,通过借氢反应构建C-N键为绿色C-N键合成提供了一种新策略。当前反应中的氮源大多为胺类化合物,从上游原料硝基化合物出发,经转移氢化生成胺类化合物,再串联借氢策略实现C-N键构建具有原子、步骤经济性高和环
作为新兴绿色电化学储能器件,超级电容器一直备受人们关注。然而,低能量密度阻碍了其进一步开发。为填补日益增长的能源短缺问题,开发高性能电极材料是解决问题的关键。镍基化合物因具有高理论容量、丰富的储量以及经济环保等优势,成为超级电容器电极材料的热点研究对象。然而,镍基化合物较差的导电性和结构稳定性限制了镍基材料在超级电容器领域的进一步应用。本文以MOFs材料为研究介质,利用低维基底的结构导向作用,构筑
空间可视域分析的出发点就是人的视觉系统,视觉在所有社会空间感知模式中占据了最重要的体验比例。体验经济时代,高视觉吸引力的商业街能够显著增强公共空间的经济和社会活力。另外,大数据技术的飞速发展丰富了人类行为与空间环境的动态时空关系的研究。POI信息点能有效帮助城市规划者评估空间功能组织,具有可视化效果的热力图也已成为显示海量数据最常用的模式,广泛地应用于城市规划空间使用的相关研究。随着城市新型商业集
当前,化石燃料的大量使用造成大气中CO2的含量不断增加,对环境带来了严重的影响。因此,开发清洁可再生的能源意义重大。氢气的燃烧产物为水,且具有极高的热值,被视为最有潜力的替代能源之一。但氢气易燃易爆,如何实现安全高效地储运是亟待解决的关键问题。甲酸的含氢密度为4.4 wt%,具有低毒性且可生物降解,在室温下呈液态,便于进行储存和运输。利用CO2作为载体,加氢反应制备甲酸储氢;进一步催化甲酸分解放氢
超级电容器作为一种高功率密度的存储器件受到了广泛的研究及关注。然而较低的能量密度限制了其应用。通过对电极材料进行微观结构设计、提高其比电容是提高超级电容器能量密度的重要手段之一。其中钴镍基化合物因较高的比容量、较低的价格等优点成为超级电容器电极材料的研究热点之一。然而钴镍基化合物存在导电性差、结构不稳定易堆叠等问题。本论文一方面将钴镍基氧化物与氧化铈进行复合提高材料的导电性,另一方面通过二次溶剂热