過渡金屬氮-氧化物的調控合成以及電化學性能研究.pdf

1、常見的新能源主要有核能、太陽能、風能、海洋能、氫能、生物質能，但是由于其受各種因素的影響，存在諸多問題。氫能是一種極具發展前景的清潔能源，其原料主要是自然界豐富的水資源，但是電解水產生氫氣需要電催化劑材料以降低電解過程的電壓。太陽能、風能、生物質能則需要一個儲存電能的系統將產生的多余能量進行儲存，而鋰離子電池是一種很好的儲能裝置。過渡金屬氮/氧化物材料因其具有廉價、地球儲存豐富、環境友好等優點，被廣泛應用于電催化和鋰離子電池材料領域。本

2、論文針對過渡金屬氮/氧化物材料并對其結構以及電化學性能進行研究，主要的研究內容如下：
　　1.通過水熱法結合相應的氮化處理，在碳布上生長一種具有三維結構的雙功能柔性非貴重金屬電催化劑Ni3FeN-NPs，利用X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射線光電子能譜儀（XPS）等多種表征手段研究樣品的物相、形貌和結構，并研究了Ni3FeN-NPs催化全水分解的電催化活性。實驗結果表明，經過氮化后，

3、形貌由納米片變成了納米顆粒。Ni3FeN-NPs在1 M KOH條件下展示了較高的氫氣析出反應（HER）和氧氣析出反應（OER）的電催化活性，在10 mA/cm2的電流密度下展示較低的過電勢分別為238mV和241 mV，塔菲爾斜率分別為46 mV/dec和59 mV/dec。而且，當Ni3FeN-NPs電極作為全水分解的正極和負極時，這個電催化器僅需在1.81 V的電壓就可以讓電流密度達到10 mA/cm2，并且在彎曲的情況下催化活性

4、依然可以維持24 h以上。
　　2.首先通過水熱法在碳布上生長鎳鐵層狀雙氫氧化物（NiFe-LDHs），經過熱處理得到NiFe2O4納米片，最后經過化學氣相沉積法將P摻雜到NiFe2O4納米片中（P-NiFe2O4）。實驗結果表明，摻雜后，材料的比表面積和結晶度降低。在堿性條件下（1 M KOH）， P-NiFe2O4具有較高的氫氣析出反應（HER）和氧氣析出反應（OER）的電催化活性。P-NiFe2O4電極作為全水分解的正極和負

5、極時，該電催化器僅需1.76 V的電壓就可以讓電流密度達到10 mA/cm2，并且催化活性非常穩定，可以維持80 h以上。
　　3.采用高溫固相法結合水熱酸交換合成Nb摻雜的銳鈦礦TiO2（Nb-TiO2）：先合成純相的層狀前驅體 K3Ti5NbO14，以 K3Ti5NbO14模板，再經水熱醋酸交換脫水成功合成具有層棒-納米立方體的多級結構的Nb-TiO2。當Nb-TiO2材料作為鋰離子電池的負極材料時具有較高的容量及良好的循環穩