论文部分内容阅读
传统能源的大量使用,造成环境污染和能源浪费。燃料电池因具有燃料来源广泛、环境友好、结构简单、较高的能源转化效率等优点,是一种理想的绿色发电装置。甲醇有高的能源密度,且相比氢气安全易储存,因此直接甲醇燃料电池（DMFC）得到广泛关注。DMFC的电极材料多采用贵金属材料,但是贵金属Pt、Pd价格昂贵,储量少,并且易与CO中间产物结合而中毒。碱性直接甲醇燃料电池可利用非贵金属作为电极材料例如Ag、Ni、Co等,并且不易与CO中间产物结合中毒而得到人们的重视。另外,利用电化学（太阳能）电解水制氢是解决当前社会能源危机和环境污染的理想方式。电解水分解有两个半反应,产氢反应和产氧反应。产氧反应的动力学过程缓慢,导致阳极产氧过电位高、能源损失多、消耗较高电能,因此电化学分解水产氧反应是水分解的控制反应,而产氧反应多采用含贵金属的催化剂,如铱、钌等,但是贵金属储量少、价格高,因此不能大面积应用。而储量多、非贵金属催化剂也能用于电催化产氧反应,例如钴、镍、锰及其它们的氧化物/氢氧化物。化学电池所产生的电,需要合适的储能装置,而电化学电容器具有很高的能源容量、充放电速率快和使用寿命长等优点,是一种重点研究的储能装置。电化学电容器电极的材料多采用高比表面的碳材料、金属氧化物/氢氧化物和导电聚合物材料。碱性直接甲醇燃料电池、电化学电容器和产氧反应的发展都离不开电极催化剂的开发。镍基催化剂材料可作为碱性直接甲醇燃料电池、电化学电容器和产氧反应的电极材料,其在碱性直接甲醇燃料电池、电化学电容器和产氧反应中的应用逐渐受到人们的广泛关注。本文我们合成不同镍基材料,并将其用于碱性直接甲醇燃料电池、电化学电容器和电化学产氧反应中。主要研究如下:1.利用水热法制得微孔磷酸镍VSB-5及添加不同氧化石墨量制得的掺杂石墨烯的镍磷氧复合材料NiPO/G-X。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、X射线衍射仪、紫外可见分光光度计、X射线光电子能谱仪等方法对催化剂进行结构表征。采用循环伏安法、计时电流法考察不同催化剂对电催化甲醇氧化性能的影响。同时将磷酸镍及掺杂石墨烯的镍磷氧复合材料用于电催化产氧反应,采用循环伏安法、线性扫描伏安法考察催化剂对电催化水产氧反应的效果。2.利用氢气500℃还原磷酸镍及掺杂石墨烯的镍磷氧复合材料,制得磷化镍及磷化镍/石墨烯催化剂（NiP/G-X）。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、X射线衍射仪、傅立叶变换红外光谱仪等方法对催化剂进行结构表征。采用循环伏安法、计时电流法考察催化剂对电催化甲醇氧化性能的影响。同时将磷化镍、磷化镍/石墨烯复合材料用于电催化产氧反应,采用循环伏安法、线性扫描伏安法考察催化剂对电催化水产氧反应的效果。3.以硼氢化钠作碱源、硼源,采用一锅法制备B-Ni（OH）2纳米材料,然后通过煅烧得到B-NiO纳米材料,同时利用相同方法,把硼氢化钠换成氢氧化钠制备Ni（OH）2纳米材料,通过煅烧得到对比材料NiO。通过粉末X射线衍射仪、X射线光电子能谱、高分辨率透射电子显微镜、扫描电子显微镜、比表面和孔径分析测定仪等方法对B-NiO催化剂进行结构表征。采用循环伏安法、恒电流充放电法考察材料B-NiO、NiO的电容性能。4.将介孔磷酸镍NiPO-1、NiPO-2和掺硅磷酸镍Si-NiPO-1、Si-NiPO-2用于电催化水产氧反应,采用循环伏安法、线性扫描伏安法考察催化剂对电催化水产氧反应的效果。