目前,能源危機(jī)日益嚴(yán)重,亟需大力開發(fā)和利用可持續(xù)新能源。大量研究結(jié)果表明,電化學(xué)催化是一種能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模轉(zhuǎn)化和存儲可持續(xù)能源的有效技術(shù)手段。燃料電池、水裂解電解池和金屬-空氣電池等電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換和存儲設(shè)備,由于具有轉(zhuǎn)換效率高和污染小等優(yōu)點(diǎn),引起了研究人員的高度關(guān)注。這些設(shè)備主要涉及以下反應(yīng)過程:氧析出反應(yīng)（OER）,氧還原反應(yīng)（ORR）和氫析出反應(yīng)（HER）。其中,OER過程由于其緩慢的反應(yīng)動力學(xué)通常是許多能源系統(tǒng)的限制反應(yīng)。貴金屬催化劑（Ir O₂和Ru O₂）是常用的高效OER電催化劑,其OER催化性能非常優(yōu)異,但成本高、穩(wěn)定性較差,難以在實(shí)際生產(chǎn)中大規(guī)模應(yīng)用。近年來,研究表明過渡金屬氧化物（TMO）具有成本低、穩(wěn)定性良好等優(yōu)點(diǎn),有望成為新一代有實(shí)際應(yīng)用前景的OER催化劑。但過渡金屬氧化物的催化性能仍需進(jìn)一步提高,以滿足工業(yè)應(yīng)用的需求。陰離子缺陷調(diào)控（氧缺陷的調(diào)控與氧空位遷移的調(diào)控）是改善過渡金屬氧化物電催化活性的有效手段。過渡金屬氧化物中的陰離子缺陷（如氧空位、氧間隙、N/P/S摻雜等）,對材料的電子結(jié)構(gòu)（M 3d與O 2p能帶中心的相... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：170 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 新型綠色電化學(xué)能源轉(zhuǎn)換裝置
        1.2.1 電解池
        1.2.2 燃料電池
        1.2.3 可充放電金屬-空氣電池
    1.3 氧還原、氧析出與氫析出反應(yīng)機(jī)理
        1.3.1 氧還原（ORR）反應(yīng)機(jī)理
        1.3.2 氫析出（HER）反應(yīng)機(jī)理
        1.3.3 氧析出（OER）反應(yīng)機(jī)理
    1.4 過渡金屬電催化劑的研究進(jìn)展
        1.4.1 巖鹽結(jié)構(gòu)過渡金屬氧化物
        1.4.2 尖晶石型結(jié)構(gòu)過渡金屬氧化物
        1.4.3 金紅石結(jié)構(gòu)過渡金屬氧化物
        1.4.4 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)過渡金屬氧化物
    1.5 鈣鈦礦催化劑的陰離子缺陷調(diào)控
        1.5.1 熱處理調(diào)控陰離子缺陷
        1.5.2 陽離子摻雜調(diào)控陰離子缺陷
        1.5.3 陰離子摻雜調(diào)控陰離子缺陷
        1.5.4 溶液處理方法調(diào)控催化活性
        1.5.5 高能粒子處理調(diào)控陰離子缺陷
        1.5.6 界面調(diào)控提高催化活性
    1.6 鈣鈦礦材料陰離子缺陷對電催化活性的影響
        1.6.1 電子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化
        1.6.2 傳輸性質(zhì)的優(yōu)化
        1.6.3 第二活性催化相的形成
        1.6.4 催化中間產(chǎn)物的轉(zhuǎn)換
    1.7 本論文研究的內(nèi)容和意義
第二章 實(shí)驗材料與測試方法
    2.1 實(shí)驗試劑
    2.2 實(shí)驗設(shè)備及其型號
    2.3 催化劑的表征方法及原理
        2.3.1 X-射線衍射（XRD）
        2.3.2 X射線光電子能譜（XPS）
        2.3.3 近常壓X射線光電子能譜（AP-XPS）
        2.3.4 電子順磁共振（EPR）
        2.3.5 接觸角分析
        2.3.6 掃描電子顯微鏡（SEM）
        2.3.7 能量色散X射線光譜（EDS）
        2.3.8 透射電子顯微鏡（TEM）
        2.3.9 原子力顯微鏡（AFM）
        2.3.10 掃描隧道顯微鏡（STM）
    2.4 催化劑電化學(xué)性能表征方法
        2.4.1 工作電極的制備
            2.4.1.1 旋轉(zhuǎn)圓盤工作電極（RDE）的制備
            2.4.1.2 碳紙體系工作電極的制備
            2.4.1.3 薄膜工作電極的制備
        2.4.2 催化劑的電催化性能評價
            2.4.2.1 三電極體系
            2.4.2.2 循環(huán)伏安法（CV）
            2.4.2.3 線性掃描伏安法（LSV）
            2.4.2.4 塔菲爾（Tafel）曲線
            2.4.2.5 交流阻抗（EIS）曲線
            2.4.2.6 雙電層法（ECSA）測試催化劑活性面積
            2.4.2.7 電催化劑的穩(wěn)定性測試
            2.4.2.8 轉(zhuǎn)換頻率（TOF）
            2.4.2.9 質(zhì)量活性及比活性
第三章 氧缺陷調(diào)控雙鈣鈦礦氧化物的氧析出催化活性研究
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗部分
        3.2.1 雙鈣鈦礦電極的制備
        3.2.2 電化學(xué)測試
        3.2.3 理論計算
    3.3 實(shí)驗結(jié)果與討論
        3.3.1 含有氧缺陷的PBSCF薄膜制備
        3.3.2 氧缺陷對PBSCF薄膜OER活性的影響
        3.3.3 氧空位對PBSCF的 OER性能的影響
        3.3.4 氧空位提高PBSCF粉末（P）和納米管（NT）的OER性能
    3.4 本章小結(jié)
第四章 氧缺陷調(diào)控雙鈣鈦礦氧化物表面吸附及動力學(xué)過程的影響研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗部分
        4.2.1 工作電極的制備
        4.2.2 等離子體處理
        4.2.3 電化學(xué)測試
    4.3 實(shí)驗結(jié)果與討論
        4.3.1 等離子體處理PBSCF薄膜的表征
        4.3.2 氧缺陷對PBSCF薄膜OER活性的影響
        4.3.3 氧空位對PBSCF薄膜OER反應(yīng)機(jī)理的影響
        4.3.4 等離子處理對PBSCF粉末的OER活性的影響
    4.4 本章小結(jié)
第五章 晶體取向調(diào)控質(zhì)子電子耦合過程提高雙鈣鈦礦材料的電解水催化性能研究
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗部分
        5.2.1 不同表面取向薄膜的制備
        5.2.2 薄膜電極的制備
        5.2.3 電化學(xué)與APXPS測試
        5.2.4 理論計算
    5.3 實(shí)驗結(jié)果與討論
        5.3.1 不同表面取向的PBSCF薄膜的制備
        5.3.2 PBSCF不同表面取向?qū)ER性能的影響
        5.3.3 電化學(xué)測試和DFT計算探究PBSCF表面的去質(zhì)子化和質(zhì)子擴(kuò)散過程
        5.3.4 APXPS探究PBSCF表面的去質(zhì)子過程
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果
致謝
附件



本文編號：2986555