本文選題：低共熔溶劑　切入點(diǎn)：去合金化　出處：《昆明理工大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：納米多孔銅(Nanoporous Cu,NPC)由于具有高比表面積,低密度,良好的導(dǎo)電性等優(yōu)異特性而被廣泛應(yīng)用于催化,燃料電池,化學(xué)傳感等諸多領(lǐng)域。目前制備NPC的主要方法為模板法和去合金法,其中去合金法由于靈活調(diào)控的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于納米多孔金屬材料的制備。傳統(tǒng)去合金法通常需要利用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液對(duì)合金前軀體進(jìn)行腐蝕,但是該類溶劑具有強(qiáng)腐蝕性和不環(huán)保等缺點(diǎn)。低共熔溶劑(DES)作為新型的綠色溶劑具有寬電化學(xué)窗口,高離子導(dǎo)電性,極低蒸汽壓,無毒,生物可降解和良好的熱穩(wěn)定性等優(yōu)異特性,使其在實(shí)際應(yīng)用中具有巨大潛力。本文首先探究利用低共熔溶劑原位合金/去合金法制備NPC。隨后,將NPC作為納米骨架模板浸泡在含有金屬鎳鹽前軀體的低共熔溶劑中,通過置換反應(yīng)制備核殼復(fù)合納米多孔電極,并探究其在電催化中的應(yīng)用。具體研究工作如下:(1)在ZnO/reline低共熔鹽溶液中通過原位電化學(xué)沉積/去合金法制備納米多孔銅膜。首先,通過循環(huán)伏安測試,研究金屬Zn氧化還原特性,確定去合金化電位。通過XRD,CV測試確定銅電極界面形成Cu-Zn合金層。隨后對(duì)去合金化溫度和沉積條件(包含沉積溫度,沉積電量和沉積電流密度等)等參數(shù)對(duì)納米多孔銅的韌帶/孔徑尺寸影響進(jìn)行系統(tǒng)研究。研究結(jié)果顯示去合金化溫度和沉積條件改變對(duì)多孔形貌的形成起決定作用。最后對(duì)在reline中去合金制備納米多孔形貌機(jī)理進(jìn)行探究。(2)利用原位合金/去合金法在粘度更低,導(dǎo)電率更高的ZnCl2/ethaline鹽溶液體系制備納米韌帶/孔徑可調(diào)的分層次納米多孔銅膜。通過CV與XRD測試發(fā)現(xiàn)在該低共熔體系沉積的界面合金相比在之前的reline多一種合金相(Cu5Zn8),由于合金相不同,導(dǎo)致在該兩種體系中制備的NPC形貌也不同。由于ethaline低粘度,傳質(zhì)快,使得鋅組元在去合金化過程中迅速溶解,形成了表面大孔內(nèi)部微孔的分層次多孔構(gòu)型納米銅膜。研究發(fā)現(xiàn)較高的去合金化溫度能夠促進(jìn)多孔形貌的形成。同時(shí)發(fā)現(xiàn)可通過調(diào)節(jié)去合金化溫度實(shí)現(xiàn)不同裂紋/孔徑尺寸,厚度NPC的可控制備。將該NPC直接作為電化學(xué)傳感器,對(duì)水溶液中的NO3-進(jìn)行檢測,借助其高比表面積和貫穿的納米孔道,其靈敏度達(dá)到3415μAmM-1cm-2,檢測極限達(dá)到1.92μm,因此該電極可作為高靈敏度,高活性的硝酸鹽傳感器電極材料。(3)對(duì)Cu和Ni在ethaline體系中氧化還原電位進(jìn)行研究,研究發(fā)現(xiàn)得益于和傳統(tǒng)水溶液中不同的化學(xué)環(huán)境和物化特性,使得在該體系中Cu+/Cu0(-0.350 V vs.Ag)比Ni2+/Ni0(-0.154 V vs.Ag)要負(fù),因此在該體系中銅表面置換鎳具有熱力學(xué)可行性。將NPC作為多孔骨架模板浸泡在NiCl2·6H2O/ethaline鹽溶液中通過簡單置換反應(yīng)可得到3D連續(xù)貫穿多孔的核殼Ni@NPC電極,該Ni@NPC電極在堿性電解液中表現(xiàn)出良好的催化析氫性能,其10 mA cm-2所需過電位為-170 mV,交換電流密度為0.186 mA·cm-2,塔菲爾斜率為98.5 mV.dec-1,其性能高于大多數(shù)已報(bào)到的納米結(jié)構(gòu)鎳基電極。(4)最后,將NPC浸入NiCl2·6H20-CH4N2S/ethaline鹽溶液中以CH4N2S作為硫源對(duì)置換Ni進(jìn)行硫化,在敞開體系下,通過簡單置換反應(yīng)可得制備納米多孔Ni3S2@NPC核殼復(fù)合電極材料。利用該方法制備的自支撐免負(fù)載電極具有結(jié)構(gòu)完整和高導(dǎo)電特性。同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了 H2-02混合氣體活化機(jī)理�；罨骯-Ni3S2@NPC能夠在寬pH(0-14)溶液中進(jìn)行寬過電位范圍內(nèi)(-100到-800 mV vs.RHE)進(jìn)行高效穩(wěn)定催化析氫反應(yīng)。其在酸中,η10=-91.6 mV,塔菲爾斜率為63.5 mVdedc-1,能夠進(jìn)行穩(wěn)定催化析氫長達(dá)111小時(shí)。
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【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB383;O643.36

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 丁軼;;納米多孔金屬:一種新型能源納米材料[J];山東大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版);2011年10期

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本文編號(hào)：1612354