氫氧化鈷納米片基電催化劑結構與性能研究.pdf

1、人類的可持續(xù)發(fā)展正面臨著嚴峻的能源與環(huán)境問題，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的有效方法。然而水分解產氧動力學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氧催化劑成為效率提升的關鍵。目前，高效的產氧催化劑有二氧化銥、二氧化釕等，但由于其地球儲量少、制備成本高限制了它們的廣泛應用。因此，如何尋找高效、穩(wěn)定、環(huán)境友好且價格低廉的產氧催化劑是急需解決的科學問題。受到石墨烯的啟發(fā)，過渡金屬（氫）氧化物二維薄層

2、化后，表現(xiàn)出奇特的物理、化學性質，如Co3O4納米片展現(xiàn)出優(yōu)異的電催化產氧活性，新型核環(huán)結構的NiCo2O4納米片表現(xiàn)出了卓越的析氧反應催化性能。本文通過水熱法將α-Co(OH)2二維納米片化，展現(xiàn)出了優(yōu)異的電催化產氧性能。將其進一步與石墨烯復合，電催化產氧性能得到顯著增強，實現(xiàn)了析氧反應效率的大幅提升。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合物的電子結構與其電催化性能的內在關聯(lián)。

3、r>　　本研究主要內容包括：⑴超薄γ-CoOOH納米片結構及其電催化性能的研究。利用取向誘導生長法與水熱法相結合，成功合成了原子級厚度的超薄γ-CoOOH納米片。電化學性能測試結果顯示，γ-CoOOH納米片能夠顯著提高析氧反應催化效率，降低析氧過電勢和極大催化劑的單位質量活性。XAFS結果顯示Co離子的缺失為電催化反應提供了活性位點;Co價態(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石墨烯負載的α-Co

4、(OH)2納米片的結構及其電催化性能的研究。通過模板誘導生長的方法，首次成功合成石墨烯負載的氫氧化鈷納米片。電化學測試分析顯示，rGO/α-Co(OH)2納米片析氧反應的起始電壓比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，當電流密度為10mA/cm2時，rGO/α-Co(OH)2納米片的過電勢分別比α-Co(OH)2塊材和Co3O4納米顆粒的過電位低50mV和130mV。此外，rGO/α-Co(OH)2