非晶Nd-Ni-B/NF稀土复合电极材料的制备及其析氢性能

本研究采用简单的一步化学沉积法制备非晶纳米Nd-Ni-B/NF稀土复合电极并研究其析氢(Hydrogen evolution reaction, HER)性能。通过各种测试方法对纳米电极材料进行物相分析和形貌表征,并探索其电催化析氢性能和稳定性。结果表明, 稀土Nd可提高电极的电催化析氢性能, 当硝酸钕浓度为3 g?L^-1时, 恒温35 ℃下施镀1 h, 制备的Nd-Ni-B/NF电极析氢性能最佳。Nd-Ni-B/NF(Nickel foam)电极在1.0 mol?L^-1KOH 溶液中, 20 mA?cm^-2电流密度下的析氢过电位仅为180 mV, Tafel斜率为117 mV?dec^-1, 析氢反应由Volmer-Heyrovsky步骤控制。此外, Nd-Ni-B/NF电极具有优越的电化学稳定性, 在持续电解12 h或2000次循环伏安测试后, 催化剂的活性没有明显衰减。     

NH2-MoS2@BP的制备及其电催化析氢性能研究

采用液相剥离法制备二维黑磷烯纳米片(BP),将其与改性的MoS₂通过水热法合成得到NH₂-MoS₂@BP,利用XRD、SEM、TEM对材料的形貌结构进行表征，并通过三电极体系测试析氢性能。结果表明，NH₂-MoS₂@BP形貌呈片层结构，BP在催化剂中颗粒很小且均匀的分布在其表面。在0.5mol/L H₂SO₄溶液中，当电流密度为10mA/cm²时，氨基的加入使催化剂的析氢过电位降低了20mV,BP的加入使催化剂的析氢过电位降低了90mV,塔菲尔斜率为95mV/dec,表明BP有利于改善改性MoS₂的催化性能。此外，连续的循环伏安测试表明NH₂-MoS₂@BP具有较好的电催化稳定性。     

铂修饰二氧化钛纳米片的制备及其光电催化析氢反应研究

利用静电吸附作用在二氧化钛纳米片上负载铂原子制备了两种不同形态的铂催化剂。SEM、XRD、TEM测试结果表明, 改变铂负载量可以调控铂的形貌结构。在低Pt负载(0.2wt%)下, 铂原子主要是半径约2 nm的纳米簇, 当Pt负载量增加到1wt%时, 铂原子在二氧化钛纳米片上堆积成纳米颗粒。调控Pt负载量和纳米结构, 可以显著提高二氧化钛纳米片催化析氢反应的活性。在AM1.5太阳光照射下, 两种催化剂的塔菲尔斜率都小于100 mV/dec, 分别为56和90 mV/dec。与TiO₂-Pt1%催化剂相比, TiO₂-Pt0.2%具有更理想的金属-半导体界面, 有利于光生电子迁移至铂纳米簇表面, 因而具有更高的催化活性。本实验为研究更加高效的铂催化剂和其他光电催化剂提供了新的途径。     

Ni-Co-B-RE(Sm、Dy、Tb)复合电极:化学沉积法制备及电催化析氢性能研究

开发低成本、高活性的非贵金属电催化剂对电解水的实际应用具有重要意义,稀土(Rare Earth, RE)元素因其独特的电子结构成为金属催化剂改性的研究热点,但在泡沫镍(NickelFoam,NF)基体上制备稀土复合催化剂的方法存在成本高、工艺复杂和耗时长等问题。本研究采用一步化学沉积法,在NF基体上制备了三种稀土复合电极Ni-Co-B-Tb/NF、Ni-Co-B-Sm/NF和Ni-Co-B-Dy/NF,对催化电极的结构和形貌进行了表征,并研究其在1mol·L–1KOH溶液中的析氢性能。结果表明,添加Sm、Dy和Tb可使电极的电子结构发生改变,改善催化剂材料的本征性质,进而提高析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction, HER)的催化性能。其中, Ni-Co-B-Tb/NF表现出最佳的析氢性能,达到10mA·cm–2的电流密度仅需58mV的过电位,Tafel斜率为65mV·dec–1,析氢反应由Volmer-Heyrovsky步骤控制。进一步研究发现稀土浓度对电催化性能影响较大,当Tb浓度为3g·L–1时,Ni-Co-B-Tb/NF表面颗粒尺寸较小且分布均匀,暴露...     

氢氧化钴/氢氧化镍复合材料的制备及电化学性能研究

过渡金属氧化物(氢氧化物)由于其优良的电容特性而受到极大的关注,其中Co(OH)_2和Ni(OH)_2是研究的热点。采用电化学沉积法制备不同摩尔比的Co(OH)_2/Ni(OH)_2复合材料,利用XRD和SEM对沉积产物进行结构和形貌表征,同时采用循环伏安法、恒电流充放电以及电化学阻抗谱对电极材料进行电化学性能测试。结果表明,电化学沉积法可以制备出不同摩尔比的Co(OH)_2/Ni(OH)_2复合材料,电极材料为纳米花状结构,而这种结构大幅增加了活性材料的比表面积。随着沉积溶液中Co(NO_3)_2或Ni(NO_3)_2含量的增加,Co(OH)_2/Ni(OH)_2电极材料的放电时间与比电容值呈现先增大后减小的趋势。其中,当沉积溶液中Ni(NO_3)_2∶Co(NO_3)_2=1∶1时,所沉积的Co(OH)_2/Ni(OH)_2复合材料的放电时间最长、比电容值最大,可达到841.15 F/g。     

共沉淀法合成球形正极材料xLi2MnO3·（1-x）Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2（x=0.2、0.4、0.6）及其性能研究

以氨水作为络合剂,采用氢氧化物共沉淀法合成了球形富锂锰基正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2(x=0.2、0.4和0.6),并对合成的不同组分样品材料的化学成分、结构、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明,样品材料的化学组分与其理论含量相同,随着x的增大,材料的粒度变小,在电压范围为2.5~4.6V条件下进行充放电性能测试时,材料的首次充放电容量随着x值减小而增加,且当x=0.2时,材料在不同倍率条件下具有最大的放电容量。     

共沉淀法合成球形正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2(x=0.2、0.4、0.6)及其性能研究

以氨水作为络合剂,采用氢氧化物共沉淀法合成了球形富锂锰基正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2(x=0.2、0.4和0.6),并对合成的不同组分样品材料的化学成分、结构、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明,样品材料的化学组分与其理论含量相同,随着x 的增大,材料的粒度变小,在电压范围为2.5~4.6V条件下进行充放电性能测试时,材料的首次充放电容量随着x 值减小而增加,且当x=0.2时,材料在不同倍率条件下具有最大的放电容量。     

用于超级电容器的还原氧化石墨烯/NixMn1-x/2O2复合材料的电化学性能

MnO₂为有前景的超级电容器正极材料,具有较高的理论比电容及良好的循环稳定性,但电子电导性不佳限制了其应用。采用一步水热法制备了还原氧化石墨烯（RGO）/Ni_xMn_1-x/2O₂复合材料。通过XRD、SEM、TEM、FTIR、电化学分析等手段对制备的RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂物相组成、微观形貌和电化学性能进行了表征和分析。电化学测试结果表明：Ni元素的引入提高了MnO₂的电容性能,以水热法制备的MnO₂的比电容为66 F/g （扫描速度10 mV/s）,而Ni元素掺杂量x=0.02时,Ni_0.02Mn_0.99O₂比电容为111 F/g;材料中引入RGO后,RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂复合材料电容性能进一步提高,加入2wt%的RGO时,RGO/Ni_0.02Mn_0.99O₂的比电容为136 F/g。RGO的引入提高了活性材料的电子迁移速率,Ni元素的掺杂造成了MnO₂晶格中存在适量的点缺陷,提高了其导电性。以RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂为正极的超级电容器可同时具备双电层电容器和赝电容器的优点,以Ni掺杂MnO₂和RGO的负载协同提高了该复合材料电化学性能。     

铁基催化剂组成对热解火焰法合成碳纳米管的影响

为了改善碳纳米管的产量和质量,改变催化剂的组成是一个重要的途径。在热解火焰法制备碳纳米管实验中,主要对比了催化剂中铁和镍含量对碳纳米管质量和产量的影响。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱和透射电子显微镜等方法对生成的碳纳米管进行系统分析表征,结果表明Fe含量较低时,得到的碳纳米管质量较好,但产量很少;Fe含量较高时,得到的碳纳米管产量较高,但杂质会明显增加,石墨化程度明显下降。实验发现,当催化剂中各元素物质的量比Fe∶Mo∶Al=1∶0.17∶16时碳管的综合质量最好。在铁基催化剂Fe/Mo/Al_2O_3中加入少量Ni会提高碳纳米管的质量,但是若Ni过量碳纳米管的质量反而会下降,当Fe/Ni-Mo/Al_2O_3中元素的物质的量比Fe∶Ni∶Mo∶Al=1∶0.5∶0.17∶16时,合成的碳纳米管的产量较高、质量较好,且具有更好的定向性。     

负载Pt纳米颗粒的掺氮碳化钼微球催化电解水析氢

电解水制氢是极具发展应用前景的绿色技术,使用低成本碳材料负载贵金属作为催化剂基底,是减小析氢催化剂贵金属负载量和优化其性能的有效手段。采用配位聚合法,通过调控pH得到了由纳米片自组装形成的具有高比表面积的前驱体微球,再通过离子交换和高温焙烧将Pt纳米颗粒均匀负载在氮掺杂碳化钼表面,制备出了Pt/N-Mo₂C NFs。因Pt纳米颗粒具有多层级结构的N-Mo₂C上的高度分散以及Pt与N-Mo₂C基底之间的协同作用,它展现出十分优异的析氢性能。Pt/N-Mo₂C NFs拥有较低的过电位(44 mV/η₁₀和137 mV/η₁₀₀),和Tafel斜率为46.2 mV/dec,同时具有良好的稳定性。研究结果对于设计低负载量的贵金属催化剂具有一定的借鉴意义。     

多维镍钴硫化物异质结电催化剂用于高效全水解（英文）

异质结构工程在高效全解水催化剂方面具有突出的应用前景.然而,生产廉价高效的双功能电催化剂仍然是一个巨大的挑战.因此,我们受构树启发,通过一种简单的方法在泡沫镍基体上合成了高催化活性和稳定性的Co₉S₈@CoNi₂S₄/NF异质结.该过程包括NiCo层状双氢氧化物在泡沫镍基体上的原位生长和原位衍生ZIF-67,并伴随S原子掺杂.所获得的Co₉S₈@CoNi₂S₄/NF多维度异质结包括一维纳米线、二维纳米片和纳米颗粒.优化的Co₉S₈@CoNi₂S₄/NF中硫含量为10%,在1.0 mol L^-1KOH溶液中,电流密度为10 mA cm^-2时,具有优异的电催化活性,其析氢和析氧过电位分别为68和170 mV,优于最近报道的过渡金属基电催化剂.该催化剂优异的催化性能主要归因于CoNi     

自支撑NiMoP@NiFeP异质结电极的制备及其电催化析氧性能研究

析氧反应(OER)是水分解一个重要的半反应,开发高效稳定的非贵金属基电催化剂用于大规模产氢仍面临巨大挑战。采用水热和低温磷化的方法在泡沫镍(NF)上原位构筑了NiMoP@NiFeP/NF复合电极。利用扫描电子显微镜(SEM),X射线光电子能谱(XPS)等对所制备电极的微观形貌和组成电极元素的价态进行表征。此外,通过电化学测试表明,NiMoP@NiFeP/NF电催化剂在1 mol/L KOH电解液中驱动100 mA/cm²的电流密度仅需246 mV的过电势,塔菲尔斜率为54.6 mV/dec,且至少能保持20 h的稳定性。为制备非贵金属基的催化剂,用于能源的存储和转换提供了一种有效途径。     

正极材料zLi2MnO3·（1-z）LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2的合成与性能

富锂锰过渡金属层状正极材料以其成本低、安全、容量高受到广泛关注,X射线衍射（XRD）和电化学性能测试显示以共沉淀结合煅烧成功合成富锂层状正极材料zLi2MnO3.（1-z）LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2（z=0.2,0.4,0.6）。其中z=0.4组分的放电容量达到210mAh/g（2-4.8V,0.05C）,远高于z=0.6组分,而经20个充放电循环的稳定性也优于z=0.2组分。微分容量分析表明z=0.2组分中因Ni/（Co＋Mn）比值较大和Li2MnO3含量较少可能导致其容量逐渐衰减。z=0.6则因所含LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2量较少,造成其放电容量较低;z=0.4拥有最佳Li2MnO3及LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2组合使其容量和循环性能最好。     

富锂材料0.6Li[Li_(1/3)Mn_(2/3)]O_2-0.4LiMO_2的制备及其电化学性能

通过共沉淀法制备得到不同钴镍锰比例的M(OH)2(M=Ni,Mn,Co)前驱体,经配锂焙烧合成富锂锰基锂离子电池正极材料0.6Li[Li1/3Mn2/3]O2-0.4LiMO2。XRD测试结果表明材料具有α-NaFeO2层状晶体结构,SEM结果显示材料粒径在200~400nm。当Ni∶Mn∶Co=5∶2∶3,得到的富锂锰基氧化物0.6Li[Li1/3Mn2/3]O2-0.4Li(Ni0.5Mn0.2Co0.3)O2材料在2.0~4.6V范围内,表现出优良的循环性能,循环30次后,容量保持率为92.8%。     

镍掺杂四氧化三钴纳米线阵列的制备及其超级电容特性

采用直流电化学沉积与高温氧化相结合的合成方法, 在氧化铝模板的辅助下, 成功制备了一种新颖的Ni掺杂的Co₃O₄纳米线阵列, 利用X射线衍射仪、扫描电镜和高分辨透射电镜等对所制备的纳米线阵列的物相和形貌进行了表征, 结果表明：所制备的Ni掺杂Co₃O₄纳米线形貌和尺寸均匀、垂直于基底排列, 纳米线的平均直径约为80 nm, 长度约为1.4 μm, 整个纳米线由纳米颗粒堆积而成, 其中Co : Ni的比例约为20 : 1。利用循环伏安和恒流充放电技术在2 mol/L的KOH电解液中对材料的电化学性能进行了测试, 结果显示所制备的纳米线阵列具有优异的电化学电容特性, 当电流密度为10 mA/cm²时, 纳米线阵列的面积比电容为173 mF/cm², 经过1000次充放电后, 比电容值仍能保持最初值的98%, 表现出良好的循环稳定性。优异的性能可归因于材料的比表面积较大以及镍掺杂后材料导电特性的提高。     

Ni(S_xSe_(1-x))_2纳米线阵列催化电极的制备与析氢性能

黄铁矿型过渡金属硫属化合物(MX_2,典型的M=Fe、Co或Ni,X=S或Se)因具有独特的电子结构、低廉的价格、优异的催化活性和稳定性等特点,在电催化剂领域拥有广阔的发展前景。然而其电催化性能与传统Pt系贵金属催化剂相比尚有差距,因此本研究尝试通过掺杂调控催化剂成分的方式进一步改善其催化性能。以S和Se共掺杂Ni基硫属化合物为研究对象,选择碳纤维纸作为导电基底,采用水热法在碳纤维表面生长出Ni_2-(CO_3)(OH)_2纳米线阵列作为前驱体,并以S/Se混合粉作为反应源,利用化学气相沉积法实现S/Se与Ni_2(CO_3)(OH)_2的反应,合成了成分可控的阴离子共掺Ni(S_xSe_(1-x))_2纳米线阵列自支撑一体化催化电极。电催化性能测试表明:在不同成分的Ni(S_xSe_(1-x))_2中,Ni(S_(0.81)Se_(0.19))_2纳米线表现出最佳的催化性能,仅需要93 mV和135 mV的过电位就可以分别驱动10 m A·cm~(-2)和100 mA·cm~(-2)的电流密度,对应的Tafel斜率也低至42.07 mV·dec~(-1)。研究表明,阴离子掺杂能够进一步提高该类催化剂的催化活性,为高效率、低成本碱金属化合物电催化剂的设计和制备提供借鉴思路。     

改性纳米SiO2/硅橡胶复合材料的制备及性能

为提高纳米SiO₂在硅橡胶（SR）基体中的分散性及两相间的界面结合力,设计以羟基硅油（HSO）和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）为纳米SiO₂的表面封端改性剂,并将改性SiO₂与双组份加成型液体SR复合得到改性纳米SiO₂/SR复合材料。通过一系列表征手段对改性纳米SiO₂的形貌结构及其在乙醇中的分散性等进行分析,研究了改性纳米SiO₂对纳米SiO₂/SR复合材料的断面形貌、力学性能及热稳定性的影响。结果表明:KH570成功接枝到纳米SiO₂表面并与SR基体间形成化学键。当HSO协同KH570改性纳米SiO₂时,可有效改善纳米SiO₂在SR基体中的分散性能及纳米SiO₂与SR两相间的界面结合性能,并显著提高纳米SiO₂/SR复合材料的力学性能和热稳定性。将SiO₂∶HSO∶KH570以质量比为2.0∶0.2∶0.6处理的改性纳米SiO₂粒子,得到的改性纳米SiO₂/SR复合材料起始热分解温度提高了230℃。当SiO₂∶HSO∶KH570质量比为2.0∶0.2∶0.45时,改性纳米SiO₂/SR复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了约1倍。      

Ni(NO3)2浓度对Ni/还原氧化石墨微观结构及微波吸收性能的影响

以Ni(NO₃)₂为Ni源, 利用液相浸渍法在氧化石墨层间吸附Ni²⁺, 通过H₂热还原制备出Ni/还原氧化石墨纳米复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及网络矢量分析仪等对样品的结构及性能进行分析和表征, 研究了Ni(NO₃)₂浓度对材料微观形貌及电磁性能的影响。结果表明, 所制备材料为纳米级Ni颗粒与RGO的复合体, 具有优良的微波吸收性能; 当Ni(NO₃)₂浓度为1.5 mol/L时, 材料电磁吸收性能最佳, 在2~18 GHz频率范围内, 材料厚度为2 mm时, 反射损耗(RL)小于-5 dB的频率范围可达9 GHz, RL_max可达-40 dB。     

Co3S4电极材料的制备及在碱性析氢反应中的重构行为研究

因为析氢反应(HER)电位远低于析氧反应(OER),催化剂的重构过程相对迟缓,所以其重构现象鲜有报道。为此,本工作通过水热和硫化两步法成功合成了自支撑碳布(CC)负载纯相Co₃S₄电极材料,其微观呈纳米颗粒组装的绿疣海葵状结构。该电极材料在1 mol/L KOH的HER电化学测试中就能发生快速、完全重构,催化活性显著提升,在100 mA·cm^-2时过电位降低约55 mV。诱发重构主要是硫组分浸出所致。重构后的电极材料物相为Co(OH)₂,且形貌已完全转变为数层纳米片堆叠而成的大比表面花状结构,暴露出更多的活性位点,促进电解液与电极材料的接触,加速催化反应中的传质过程,进而提升催化活性。这一发现有助于科研工作者初步认识硫化物催化剂电极材料在HER催化过程中的重构行为。     

富含氧空位的NiFe氢氧化物衍生的具有超疏气纳米阵列形貌的磷化物及其全解水性能（英文）

对高效催化剂进行多尺度调控可优化中间体的吸附能量(原子层面),并实现快速传质(三维宏观层面),这对于提升整体水分解性能至关重要.在本工作中,我们首先在镍铁氢氧化物中引入氧空位,然后通过磷化反应将其转化为具有纳米阵列形态的NiFe-Vo-P催化剂.在析氧反应催化过程中,NiFe-Vo-P表面会原位形成磷酸盐阴离子及具有催化活性的Ni(Fe)OOH,能显著优化反应中间体的吸附强度.结果表明,NiFeVo-P在过电位为289 mV时电流密度可达1.5 A cm^-2.同时,其超亲水/超疏气纳米阵列形貌可有效促进传质,在25和70℃的条件下,可在～2.0V的电池电压下分别获得580 mA cm^-2和1.0 A cm^-2的电流密度,是未进行超疏气形貌工程催化剂的电流密度的2倍以上.