Cu/Co双金属硒化物分级纳米管的构筑及电催化析氧性能开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

现今,人类对化石能源的需求急剧增加,这在导致传统能源材料日渐枯竭的同时,也使得人们对能源危机、能源安全以及使用化石能源导致的环境污染问题的担忧日益增长。氢能具有来源广泛、能量密度高、燃烧产物无污染和绿色可持续的优点,是非常具有应用前景的能源之一。碱性溶液中的电解水制氢可以避免酸雾的产生,进而得到高纯度(gt;99.7%)的氢气,因此吸引了极大的关注。水分解可分为两个半反应:析氢反应(hydrogen evolution reaction, her)和析氧反应(oxygen evolution reaction, oer),这两个半反应对于全水解的效率都至关重要。her反应涉及两个电子转移过程,反应过程相对容易进行。而oer反应涉及多步质子耦合和电子转移过程,其反应动力学缓慢,是影响水电解效率的主要原因。因此,为了提高电解水制氢的能量转化效率,研制oer电催化剂成为水电解制氢技术的关键。

迄今为止,研究发现的最有效的电解水反应催化剂仍旧是稀有金属元素氧化物,如:二氧化铱(iro2)和二氧化钌(ruo2)。这些高效催化剂可以使反应具有较快的反应速率和较低的过电势,然而它们高昂的价格和稀有性限制了其广泛应用。在过去的十余年间,非贵金属基硫化物、硒化物、磷化物和硼化物等oer电催化剂被大量地研究及报道,并取得了长足发展。

对于oer,co基(co-based)过渡金属氧化物具有比表面积大的层状结构(暴露较多的活性位点)、较好的导电性、价格低廉且容易制备的优点,可作为理想的oer催化剂。但是这些氧化物的稳定性较差,且活性与贵金属相比仍有较大的差距,所以需要对材料进行适当的改善以提高催化剂的活性和稳定性。研究表明,双金属基催化剂由于具有更多的活性位点,催化活性往往高于单金属基催化剂。

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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:通过优化的水热溶剂热法构筑cu/co双金属纳米线前驱体及cu/co硒化物纳米管阵列;

材料表征:对制得的cu/co双金属基纳米结构电催化剂材料进行结构表征,通过xrd、sem、tem、xps和raman等表征手段对材料进行物相、形貌、元素状态、价键振动等表征。

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3. 研究计划与安排


第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究方法、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-6周:按照设计方案,利用优化的水热溶剂热工艺,控制适当的反应温度、反应时间、反应浓度,制备cu/co硒化物纳米管阵列材料。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] andreiadis es, jacques p a, tran p d, et al. molecular engineering of a cobalt-basedelectrocatalytic nanomaterial for h2 evolution under fully aqueousconditions [j]. nature chemistry, 2013, 5(1): 48-53.

[2] zhang b, zheng x, voznyy o,et al. homogeneously dispersed multimetal oxygen-evolving catalysts [j].science, 2016, 352(3): 333-337.

[3] kanan m w, nocera d g. insitu formation of an oxygen-evolving catalyst in neutral water containingphosphate and co2 [j]. science, 2008, 321(5892): 1072-1075.

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