Cu/Co双金属硒化物分级纳米管的构筑及电催化析氧性能任务书

 2021-09-24 12:50:59

1. 毕业设计(论文)主要内容:

在过去的几十年里,数以万计化石能源的开发和利用导致了一系列的环境问题,例如温室效应和水污染等。为了解决环境问题,可再生氢气是其中一个最为瞩目的能源。氢能具有高能量密度、低分子质量以及清洁无污染的优点,被认为是人类根本性解决能源与环境等全球性问题的理想替代能源。电解水是生产高纯度氢的重要方法,是现代清洁能源技术的重要组成部分。水电解由阴极析氢(HER)和阳极析氧(OER)两个半反应构成。对于HER反应,其反应是基于二电子转移过程,反应过程相对容易进行。相对于HER反应,OER反应涉及四电子转移、质子耦合及氧-氧键形成,其反应动力学缓慢,是影响水电解效率的主要原因。因此,为了提高电解水制氢的能量转化效率,发展OER电催化剂成为水电解制氢技术的关键。

在过去的十余年间,非贵金属基硫化物、硒化物、磷化物、硼化物等OER电催化剂被大量地研究及报道,并取得了长足发展。双金属基催化剂比起单金属基催化剂,具有更多的反应活性位点。在这些催化剂中,双金属基硒化物具有成本优势,而且在析氧过电势、耐久性方面正趋近甚至超越RuO2和IrO2等贵金属催化剂,颇具应用潜力。

设计(论文)主要内容:

1.文献阅读与调研,了解析氧反应与社会、安全、成本及环境等因素的关系,了解国内外析氧反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)电催化剂概况和发展趋势,掌握关于设计和合成储量丰富的第一行过渡金属元素基的廉价替代材料的研究;

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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篇相关文献资料,其中近5年英文文献不少于3篇,了解国内外关于析氧反应电催化剂的概况和发展趋势,了解过渡元素双金属基电催化剂在析氧反应中的应用,及对社会、健康、安全、成本以及环境等的影响,完成开题报告;

2.完成不少于5000字的英文文献翻译;

3.成功构筑Cu/Co硒化物纳米管阵列,实现Cu/Co硒化物纳米结构电催化剂的高效析氧催化;

4.提出Cu/Co硒化物纳米结构电催化水解机理;

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3. 毕业设计(论文)完成任务的计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告;

第4-6周:按照设计方案,利用优化的水热溶剂热工艺,控制适当的温度、反应时间、反应物浓度,制备合成材料,确定Cu/Co硒化物纳米管阵列结构在泡沫镍生长的最优方案;

第7-11周:通过电化学工作站测试材料在电解水过程中的析氧活性:利用LSV(线性扫描伏安法)、Tafel(塔菲尔曲线)EIS(电化学阻抗)等方法揭示Cu/Co硒化物纳米管阵列结构的电催化析氧过电势、动力学过程以及催化的稳定性等;利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨率透射电镜(HRTEM)、X-射线光电子能谱(XPS)、Raman等手段对制得的材料进行物相、形貌以及元素状态等进行表征;

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4. 主要参考文献

[1] Andreiadis E S, Jacques P A, Tran P D, et al. Molecular engineering of a cobalt-based electrocatalytic nanomaterial for H2 evolution under fully aqueous conditions [J]. Nature Chemistry, 2013, 5(1):48-53.

[2] Zhang B, Zheng X, Voznyy O, et al. Homogeneously dispersed multimetal oxygen-evolving catalysts [J]. Science, 2016, 352(3):333-337.

[3] Kanan M W, Nocera D G. In situ formation of an oxygen-evolving catalyst in neutral water containing phosphate and Co2 [J]. Science, 2008, 321(5892):1072-1075.

[4] Matragrano L. A fast soluble carbon-free molecular water oxidation catalyst based on abundant metals [J]. Science, 2010, 41(28):342-345.

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