纳米钴镍氧化物的制备及其催化H2O2电还原的研究

论文摘要

目前过氧化氢基燃料电池阴极电还原的催化剂主要是贵金属,因其价格昂贵、资源稀缺而增加了燃料电池的成本。研究对过氧化氢（H2O2）电还原具有高催化活性和选择性、良好稳定性、价格低廉的催化剂具有重大意义。本论文利用在液相溶液中的直接生长法制备了四氧化三钴（Co3O4）、钴酸镍（NiCo2O4）纳米线电极和B型氢氧化镍（B-Ni（OH）2）电极,并用X射线衍射分析（XRD）、透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、比表面积分析（BET）等手段进行表征。XRD图谱表明所制备的纳米线分别为尖晶石构型的Co3O4和NiCO2O4,纳米片层为B-Ni（OH）2。扫描电镜和透射电镜表征表明Co3O4和NiCo2O4纳米线阵列全部由直径约为500 nm、长度约为15μm的均匀纳米线组成,Ni（OH）2电极表面为B-Ni（OH）2的纳米片层晶体。BET测定Co3O4纳米线的比表面积约为84.76 m2.g-1,NiCo2O4纳米线的比表面积约为97.90 m2·g-1。以循环伏安法测试了Co3O4、NiCo2O4纳米线电极以及β-Ni（OH）2电极在氢氧化钠（NaOH）溶液中对H2O2电还原的催化性能,结果表明Co3O4、NiCo2O4纳米线电极在3 mol·L-1 NaOH溶液中具有非常高的催化活性和稳定性,β-Ni（OH）2电极活性稍差,但仍具有其本身的优越性。当H2O2浓度为0.4mol·L-1、电极电势为-0.4 V时,Co3O4纳米线电极表面的电流密度达到了103.88 mA·cm-2,NiCo2O4纳米线电极表面的电流密度达到-124.86 mA·cm-2,β-Ni（OH）2纳米片层电极则较低。计时电流法测试表明Co3O4纳米线电极和NiCo2O4纳米线电极在碱性溶液中稳定性优良。直接生长法制备的纳米线电极与粉末涂覆法制备的电极相比,活性更高、稳定性更佳,且此法更加简便。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 3O₄电极材料'>1.1 Co₃O₄电极材料
• 3O₄的结构以及特性'>1.1.1 Co₃O₄的结构以及特性
• 3O₄的制备'>1.1.2 Co₃O₄的制备
• 3O₄在电化学方面的应用'>1.1.3 尖晶石型Co₃O₄在电化学方面的应用
• 2电极材料'>1.2 Ni（OH）₂电极材料
• 2的结构'>1.2.1 Ni（OH）₂的结构
• 2的制备'>1.2.2 Ni（OH）₂的制备
• 2在电化学方面的应用'>1.2.3 Ni（OH）₂在电化学方面的应用
• 2O₂基燃料电池'>1.3 H₂O₂基燃料电池
• 2O₂氧化剂的优越性'>1.3.1 H₂O₂氧化剂的优越性
• 2O₂氧化剂的电还原机理'>1.3.2 H₂O₂氧化剂的电还原机理
• 2O₂氧化剂存在的问题'>1.3.3 H₂O₂氧化剂存在的问题
• 2O₂电还原催化剂'>1.4 H₂O₂电还原催化剂
• 2O₂电还原催化剂'>1.4.1 传统H₂O₂电还原催化剂
• 1.4.2 新型非贵金属氧化物催化剂
• 1.5 本论文研究的目的意义和内容
• 1.5.1 研究的目的和意义
• 1.5.2 本论文研究的内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 试剂与仪器
• 2.1.1 试剂
• 2.1.2 仪器
• 2.2 制备方法
• 2.2.1 泡沫镍基体前处理
• 3O₄纳米线电极的制备'>2.2.2 Co₃O₄纳米线电极的制备
• 2O₄纳米线电极的制备'>2.2.3 NiCo₂O₄纳米线电极的制备
• 2纳米片层电极的制备'>2.2.4 β-Ni（OH）₂纳米片层电极的制备
• 2.3 表征手段
• 2.3.1 X-射线衍射（XRD）
• 2.3.2 扫描电镜（SEM）
• 2.3.3 透射电镜（TEM）
• 2.3.4 比表面积（BET）
• 2.3.5 循环伏安法
• 2.3.6 计时电流法
• 3O₄纳米线电极的制备及电化学性能'>第3章 Co₃O₄纳米线电极的制备及电化学性能
• 3O₄纳米线电极的制备工艺'>3.1 Co₃O₄纳米线电极的制备工艺
• 3.1.1 焙烧温度的选择
• 3O₄纳米线表面形貌的影响'>3.1.2 焙烧温度对Co₃O₄纳米线表面形貌的影响
• 3O₄纳米线的表征'>3.2 Co₃O₄纳米线的表征
• 3O₄纳米线电极的透射电镜表征'>3.2.1 Co₃O₄纳米线电极的透射电镜表征
• 3O₄纳米线电极的比表面积测定'>3.2.2 Co₃O₄纳米线电极的比表面积测定
• 3O₄纳米线电极的电催化性能'>3.3 Co₃O₄纳米线电极的电催化性能
• 3O₄纳米线电极催化性能的影响'>3.3.1 焙烧温度对Co₃O₄纳米线电极催化性能的影响
• 2O₂浓度下Co₃O₄纳米线电极的催化性能'>3.3.2 不同H₂O₂浓度下Co₃O₄纳米线电极的催化性能
• 3O₄纳米线电极的稳定性研究'>3.3.3 Co₃O₄纳米线电极的稳定性研究
• 3.4 本章小结
• 2O₄纳米线电极的制备及电化学性能'>第4章 NiCo₂O₄纳米线电极的制备及电化学性能
• 2O₄纳米线电极的制备工艺'>4.1 NiCo₂O₄纳米线电极的制备工艺
• 4.1.1 焙烧温度的选择
• 2O₄纳米线电极表面形貌的影响'>4.1.2 焙烧温度对NiCo₂O₄纳米线电极表面形貌的影响
• 2O₄纳米线的表征'>4.2 NiCo₂O₄纳米线的表征
• 2O₄纳米线电极的透射电镜表征'>4.2.1 NiCo₂O₄纳米线电极的透射电镜表征
• 2O₄纳米线电极的比表面积测定'>4.2.2 NiCo₂O₄纳米线电极的比表面积测定
• 2O₄纳米线电极对H2O₂的电催化性能'>4.3 NiCo₂O₄纳米线电极对H2O₂的电催化性能
• 2O₄纳米线电极电催化性能的影响'>4.3.1 焙烧温度对NiCo₂O₄纳米线电极电催化性能的影响
• 2O₂浓度下NiCo₂O₄纳米线电极的电催化性能'>4.3.2 不同H₂O₂浓度下NiCo₂O₄纳米线电极的电催化性能
• 2O₄纳米线电极的稳定性研究'>4.3.3 NiCo₂O₄纳米线电极的稳定性研究
• 4.4 本章小结
• 2纳米片层电极的制备以及电化学性能'>第5章 B-Ni（OH）₂纳米片层电极的制备以及电化学性能
• 2纳米片层电极的制备工艺'>5.1 β-Ni（OH）₂纳米片层电极的制备工艺
• 5.1.1 焙烧温度的选择
• 2电极表面形貌的影响'>5.1.2 焙烧温度对B-Ni（OH）₂电极表面形貌的影响
• 2电极对H₂O₂的电催化性能'>5.2 β-Ni（OH）₂电极对H₂O₂的电催化性能
• 2电极催化性能的影响'>5.2.1 焙烧温度对B-Ni（OH）₂电极催化性能的影响
• 2O₂浓度下B-Ni（OH）₂纳米片层电极的电催化性能'>5.2.2 不同H₂O₂浓度下B-Ni（OH）₂纳米片层电极的电催化性能
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢