氫氧化鈷納米片基電催化劑結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、人類的可持續(xù)發(fā)展正面臨著嚴(yán)峻的能源與環(huán)境問(wèn)題，利用光能或電能將水分解生成氫氣和氧氣是解決這些危機(jī)的有效方法。然而水分解產(chǎn)氧動(dòng)力學(xué)瓶頸一直制約著光或電催化水分解效率的提高，因此尋求一種高效的產(chǎn)氧催化劑成為效率提升的關(guān)鍵。目前，高效的產(chǎn)氧催化劑有二氧化銥、二氧化釕等，但由于其地球儲(chǔ)量少、制備成本高限制了它們的廣泛應(yīng)用。因此，如何尋找高效、穩(wěn)定、環(huán)境友好且價(jià)格低廉的產(chǎn)氧催化劑是急需解決的科學(xué)問(wèn)題。受到石墨烯的啟發(fā)，過(guò)渡金屬（氫）氧化物二維薄層

2、化后，表現(xiàn)出奇特的物理、化學(xué)性質(zhì)，如Co3O4納米片展現(xiàn)出優(yōu)異的電催化產(chǎn)氧活性，新型核環(huán)結(jié)構(gòu)的NiCo2O4納米片表現(xiàn)出了卓越的析氧反應(yīng)催化性能。本文通過(guò)水熱法將α-Co(OH)2二維納米片化，展現(xiàn)出了優(yōu)異的電催化產(chǎn)氧性能。將其進(jìn)一步與石墨烯復(fù)合，電催化產(chǎn)氧性能得到顯著增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了析氧反應(yīng)效率的大幅提升。并綜合利用TEM、XRD、XAFS、Raman等表征手段探索氫氧化鈷納米片材料及其石墨烯復(fù)合物的電子結(jié)構(gòu)與其電催化性能的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

3、r>　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴超薄γ-CoOOH納米片結(jié)構(gòu)及其電催化性能的研究。利用取向誘導(dǎo)生長(zhǎng)法與水熱法相結(jié)合，成功合成了原子級(jí)厚度的超薄γ-CoOOH納米片。電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果顯示，γ-CoOOH納米片能夠顯著提高析氧反應(yīng)催化效率，降低析氧過(guò)電勢(shì)和極大催化劑的單位質(zhì)量活性。XAFS結(jié)果顯示Co離子的缺失為電催化反應(yīng)提供了活性位點(diǎn);Co價(jià)態(tài)的降低能夠提高氧化性能，使得水更容易被氧化生成氧氣，從而提升了電催化效率。⑵石墨烯負(fù)載的α-Co

4、(OH)2納米片的結(jié)構(gòu)及其電催化性能的研究。通過(guò)模板誘導(dǎo)生長(zhǎng)的方法，首次成功合成石墨烯負(fù)載的氫氧化鈷納米片。電化學(xué)測(cè)試分析顯示，rGO/α-Co(OH)2納米片析氧反應(yīng)的起始電壓比Co3O4納米顆粒的起始電壓以及α-Co(OH)2塊材的起始電壓都低。并且，當(dāng)電流密度為10mA/cm2時(shí)，rGO/α-Co(OH)2納米片的過(guò)電勢(shì)分別比α-Co(OH)2塊材和Co3O4納米顆粒的過(guò)電位低50mV和130mV。此外，rGO/α-Co(OH)2