【摘要】：隨著能源危機和環(huán)境污染的日益加劇,清潔能源受到人們的廣泛關注。氫能具有環(huán)境友好和能量密度高等特點,被視為理想的能源載體。在各種制氫技術中,電解水制氫是通向氫經濟的最佳途徑。電催化析氫、析氧反應作為電解水制氫技術的核心,均需要高活性的電催化劑來加快反應的動力學過程。因此,開發(fā)活性高、穩(wěn)定性好的非貴金屬催化劑對于氫能的實際應用具有重要意義。在開發(fā)新能源的同時,儲能裝置的研發(fā)同樣重要。鋰離子電池作為新一代儲能器材,已在便攜式電子產品和電動汽車領域取得了巨大進展,但傳統(tǒng)的電池電極材料很難滿足人們對電池能量密度和功率密度的需求,因此,需要尋找更高性能的鋰離子電池電極材料。金屬氧簇化合物具有良好的溶解性、獨特的酸堿性、可逆的氧化還原性,在當前的能源轉換與存儲領域有著廣泛的應用前景。但金屬氧簇易溶于水和有機溶劑,作為電催化劑時,難以實現催化劑與電解液的分離以及催化劑的循環(huán)利用;作為鋰離子電池電極材料時,又會溶解于電解質溶液,這些均不利于金屬氧簇在電化學中的性能研究。因此,充分利用金屬氧簇的優(yōu)點并解決其在電化學應用中的問題對于金屬氧簇在電化學領域的研究具有重要意義。本論文中,我們以金屬氧簇基復合材料的制備及其在電化學中的性能研究為主線,從材料設計思路、材料結構、組分協(xié)同效應等角度出發(fā),進行了如下研究:(1)以磷鎢酸為鎢源,含氮吡咯為碳源,氧化石墨烯為載體,通過簡單的水熱法,我們合成了磷鎢酸/導電聚吡咯/石墨烯(PW12-PPy/RGO,PCG)前驅體,進一步高溫碳化后得到了碳化鎢基復合材料(NC@WxC/NRGO)。碳化鎢納米粒子(WxC)、氮摻雜碳層(NC)和氮摻雜的還原氧化石墨烯(NRGO)之間良好的協(xié)同效應使NC@WxC/NRGO在酸性介質中表現出優(yōu)異的HER性能,該材料具有低的起始電位:24mVvs.RHE,低的(?)O:100mVvs.RHE,以及低的Tafel值:58.4mV/dec,并具有良好的電化學穩(wěn)定性。(2)通過金屬氧簇與有機配體的配位,我們得到了具有精確結構的金屬-有機骨架化合物(MOFs),并通過替換金屬氧簇中的一個Fe原子得到了一系列穩(wěn)定的雙金屬MOFs(NNU-21～24)。這些MOFs用作電催化析氧催化劑,在堿性介質中具有較好的催化活性,并且發(fā)現雙金屬MOFs的催化性能優(yōu)于單金屬MOFs。DFT理論計算表明雙金屬催化劑中第二金屬的引入可以活化原始金屬,從而加速OER反應。(3)以麟鉬酸為鉬源,含氮吡咯為碳源,氧化石墨烯為載體,我們利用磷鉬酸的氧化性和水溶液的酸性,同時結合吡咯的聚合條件,在更溫和的條件下合成了新的PCG前驅體(PMo12-PPy/RGO),并通過氨化處理得到了氮化鉬基復合材料(NPC@Mo2N/NPRGO),將該材料用作鋰離子電池負極材料,在電流密度100 mA/g時,放電容量可以達到805 mAh/g,循環(huán)200周后容量依然可以達到771 mAh/g,并且具有較好的倍率性能。
【圖文】：

圖１．１金屬氧簇的六種基本結構。逡逑ｉｉｉ羽金屬，丫０矣足１：１２系歹丨ｊ的雜多酸，Ｋ結構訕式為［ＸＭ丨２0４丨丨］為Ｍｏ、Ｗ、Ｖ，雜丨以丫通常為Ｐ、Ｓｉ、Ｇｃ、Ａｓ。在該結構中，１逡逑

其衍生的納米材料用作電極材料；（３）將金屬氧簇與基底材料結合構筑復合材料逡逑用作電極材料。逡逑金屬氧簇基金屬有機骨架化合物（ＰＯＭＯＦｓ）的制備分為兩種情況（圖１．２）逡逑其中之一是將金屬氧簇作為無機建筑單元，通過與有機配位連接構筑配位逡逑型的ＰＯＭＯＦｓ；另一種情況則需充分了解金屬有機骨架化合物（ＭＯＦｓ）的孔結逡逑構特征，并選擇合適尺寸的金屬氧簇，使其能夠進入ＭＯＦｓ的窗口且不逸出，進逡逑而構筑擔載型的ＰＯＭＯＦｓ。這兩種辦法在解決多金屬氧簇固載問題的同時，也結逡逑合了邋ＭＯＦｓ表面積大的優(yōu)點，提高了材料的比表面積，有助于改善材料的電化學逡逑性能。逡逑ＰＯＭＯＦｓ的構筑使材料結合了邋ＰＯＭｓ的氧化還原性能和ＭＯＦｓ的多孔性，逡逑且具有電催化活性。然而，，ＰＯＭＯＦｓ單晶材料的構筑并不能在本質上改善材料在逡逑電催化中必備的導電性，仍不利于這種材料的電化學性能研宄。ＭＯＦｓ具有周期逡逑性的多孔結構
【學位授予單位】：南京師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;TQ116.2

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 周會會;宋鵬;蘇文彬;;鋰離子電池火災的滅火技戰(zhàn)術研究[J];武警學院學報;2017年12期

2 ;全球首部《鋰離子電池企業(yè)安全生產規(guī)范》發(fā)布[J];中國有色金屬;2018年03期

3 李鎮(zhèn);;鋰離子電池安全相關因素分析[J];電子世界;2018年12期

4 顧琮鈺;孫均利;;三元鋰離子電池火災危險性分析[J];消防技術與產品信息;2018年07期

5 費有靜;;鋰離子電池材料回收技術探索[J];新材料產業(yè);2018年06期

6 李乾坤;;鋰離子電池生產工藝及其發(fā)展前景[J];化工設計通訊;2018年07期

7 張悅;何麗杰;張守慶;史春薇;楊占旭;;廢舊鋰離子電池的回收技術現狀及展望[J];電源技術;2018年08期

8 韓旭;劉全義;呂志豪;孫中正;;18650型鋰離子電池燃爆特性研究[J];民航學報;2018年05期

9 尚凡朋;唐銘聲;;談談鋰離子電池[J];中學化學教學參考;2016年14期

10 陸順;羅寶權;;淺議廢舊動力鋰離子電池的回收辦法[J];新材料產業(yè);2018年10期

相關會議論文 前10條

1 連麗玲;李春南;黃奕釗;;新形勢下對鋰離子電池檢測標準側重點及不足的思考[A];探索科學2016年6月學術研討[C];2016年

2 周恒輝;祁麗亞;信躍龍;楊程凱;吳愷;;構建自支撐柔性高能密度鋰離子電池電極[A];中國化學會第30屆學術年會摘要集-第三十分會：化學電源[C];2016年

3 孫維yN;于川茗;梁靜;陶占良;陳軍;;花狀二硫化鉬的制備及鋰離子電池性能的研究[A];第七屆全國物理無機化學學術會議論文集[C];2016年

4 余小清;陳國喜;鄒嘉林;陳東云;王宣懿;;基于ANSYS的18650鋰離子電池單體穩(wěn)態(tài)熱分析[A];2017年中國汽車先進技術應用大會論文集（《汽車實用技術》2017年第7期）[C];2017年

5 安宇鵬;張U

本文編號：2636597