非金属掺杂镍基氢氧化物在电催化中的应用任务书

 2022-01-16 06:01

全文总字数:2279字

1. 毕业设计(论文)主要内容:

选题意义、目的:电解水制氢是清洁可再生能源发展的重要途径之一。水的电解包括析氢和析氧两个反应,制约其发展的重大挑战之一就是析氧反应需要消耗极大的能量。析氧反应涉及多步质子耦合和电子转移过程,反应过程在动力学上较为缓慢,需要电催化剂促进反应进行、降低能量消耗。目前使用最为广泛和高效的析氧反应电催化剂是二氧化铱(IrO2)、二氧化钌(RuO2)等贵金属基催化剂,但是这些贵金属的高成本、稀缺性严重限制了它们在电解水中的实际应用。因此,面向析氧反应的高效、廉价、长寿命电催化剂的开发对于电解水制氢的发展起着举足轻重的作用。

过渡金属氧化物及其衍生物,由于具有丰富的储量、较高的活性、易于调控的位点,在电催化领域受到了较为广泛的研究。其中利用阴阳离子的掺杂是设计高效过渡金属催化剂的一种重要手段,这是因为电极反应是一个异相催化的氧化还原过程,其界面结构与性质对电极反应的过程具有重要的影响,而通过阴阳离子的引入可以诱导催化剂的界面结构与性质发生变化,进行有规律的电极反应设计与调控,达到高效催化的目的,因此具有非常重要的研究意义。因此,本课题将从非金属掺杂Ni基氢氧化物出发,利用阴离子掺杂的形式,探究其界面结构与性质的变化,进一步探究催化剂设计与构筑的规律与策略。

论文主要内容:

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2. 毕业设计(论文)主要任务及要求

1.查阅不少于15篇的参考文献(其中近5年英文文献不少于3篇),了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系,完成开题报告;

2、水热法制备Ni(OH)2等产物,完成表征及测试;

3、将相应产物进行磷化和硫化,实现阴离子掺杂;表征产物结构,测试性能并将样品进行比较;

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3. 毕业设计(论文)完成任务的计划与安排

第1-4周:查阅相关文献资料,翻译相应英文论文。了解实验仪器、材料、表征及测试方法,设计实验方案,撰写开题报告;

第5-8周:按照实验方案进行,合成制备Ni(OH)2,NiFe-LDH等产物;

第9-12周:制备阴离子掺杂的产物;

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4. 主要参考文献

[1]Chen JYC, Miller JT, Gerken JB, et al. Inverse Spinel Nifealo4 as a HighlyActive Oxygen Evolution Electrocatalyst: Promotion of Activity by a Redox-InertMetal Ion [J], Energy Environmental Science 2014, 7 (4).

[2]Wang XT, Ouyang T, Wang L, et al. Redox-Inert Fe(3 ) Ions in Octahedral Sitesof Co-Fe Spinel Oxides with Enhanced Oxygen Catalytic Activity for RechargeableZinc-Air Batteries [J], Angew Chem Int Ed 2019, 58 (38): 13291-13296.

[3]Wu T, Sun S, Song J, et al. Iron-Facilitated Dynamic Active-Site Generation onSpinel Coal2o4 with Self-Termination of Surface Reconstruction for Water Oxidation[J], Nature Catalysis 2019, 2 (9): 763-772.

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