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纳米钌钴硼化物结晶度调控与电催化性能研究开题报告

 2020-02-10 10:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

能源问题的增加以及气候环境的变化,使人们认识到了开发可持续、绿色环保新型能源的重要性。电催化可以应用在电解水、二氧化碳及氮气固定等反应中得到绿色能源和化工产品。电催化剂在这些能量与物质转换中起着关键作用,可以提高化学转化的速率、催化效率和催化选择性。目前,各类材料尝试着应用在电催化中,如金属材料、碳材料、氧化物、硫化物、硼化物和磷化物等。

纳米材料在电催化中的应用是当前的研究热点,纳米金属晶体材料,由于具有特定的形貌结构特征和稳定的晶体结构及暴露面,已经得到了广泛且深入的研究。最近,相关研究表明不同结晶度的纳米金属材料应用在电催化中表现出不同的性能,并且相关研究者提出,非晶态下的纳米金属催化剂由于理论上存在丰富的低配位原子和缺陷,能暴露出更多不同程度的催化活性位点,因而具有更好的电催化活性,为此研究者们进行了大量的努力和研究:justus masa等人通过硼氢化钠与对材料退火温度的调控,制备出了稳定高效的非晶态硼化钴电催化剂;d.chandra等人通过对k2ircl6的水解调控,制备出了非晶态的irox(oh)y电催化剂,并且具有较高的oer活性与稳定性;wang等人通过去合金处理pt、pd基合金材料,制备出非晶态的pt-pd核壳树枝状结构,其mor催化性能优异,且具有较好的稳定性。

过渡金属如co、ni等易形成非晶态的金属硼化物,据研究表明,这些非晶态的金属硼化物电催化活性远高于晶态下的同种材料,正是由于非晶状态下的材料暴露出更多的催化活性位点。并且这种非晶状态下的材料分散均匀,有效的避免了材料原子的密堆积与团聚。贵金属如pt、pd、ru等在电催化领域具有优异的特性,是近年来的研究热点,因此,设计将这些贵金属与非晶态的过渡金属硼化物复合,通过调节组分和结晶度,有可能实现催化剂性能的大幅提升。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备:通过不同的还原剂与反应条件,制备出不同结晶度的纳米ruco基合金材料。

材料表征:粉末x射线衍射(pxrd)分析用于测试表征非晶态纳米ruco基合金材料的结晶度,x射线光电子能谱(xps)测试元素组成与价态变化,电感耦合等离子体原子发射光谱法(icp-aes)测量的pt、co、ru等金属元素的比例,扫描电子显微镜(sem)表征形貌结构,x射线能谱分析(eds)测定元素含量和分布。

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3. 研究计划与安排

第1-4周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第5-8周:按照设计方案进行准备实验,探索非晶态纳米ruco基材料的合成及结晶性的控制条件。

第9-12周:采用xrd、sem、tem及电化学工作站等进行形貌结构与性能的表征。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]. zhu z, ma j, xu l, et al. facilesynthesis of co–b amorphous alloy in uniform spherical nanoparticles withenhanced catalytic properties[j]. acs catalysis, 2012, 2(10): 2119-2125.

[2]. benck j d, chen z, kuritzky l y, etal. amorphous molybdenum sulfide catalysts for electrochemical hydrogenproduction: insights into the origin of their catalytic activity[j]. acscatalysis, 2012, 2(9): 1916-1923.

[3]. li y, yu y, huang y, et al.engineering the composition and crystallinity of molybdenum sulfide forhigh-performance electrocatalytic hydrogen evolution[j]. acs catalysis, 2014,5(1): 448-455.

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