【摘 要】
:
化石燃料的急剧消耗所带来的能源危机和环境污染等问题极大地促进了新型可再生能源的发展。而电催化技术以其高效、条件温和等特点而越来越多地被应用于各种新能源领域当中,如电解水、金属-空气电池、电催化CO2还原等等。电催化技术的核心在于设计合成具有更低过电位、更高催化活性、选择性和稳定性的电催化剂。在过去很长一段时间,人们简单地认为起到催化作用的就是所使用的催化材料本身,而忽略了催化材料自身在强氧化或强还
论文部分内容阅读
化石燃料的急剧消耗所带来的能源危机和环境污染等问题极大地促进了新型可再生能源的发展。而电催化技术以其高效、条件温和等特点而越来越多地被应用于各种新能源领域当中,如电解水、金属-空气电池、电催化CO2还原等等。电催化技术的核心在于设计合成具有更低过电位、更高催化活性、选择性和稳定性的电催化剂。在过去很长一段时间,人们简单地认为起到催化作用的就是所使用的催化材料本身,而忽略了催化材料自身在强氧化或强还原条件下的变化。直到近几年,伴随着认识的深入和原位表征技术的发展,研究人员开始研究催化材料真正的“活性物种”。研究结果显示,许多电催化材料与其催化活性物种的结构和组成都不相同。例如Pt电极在电催化氧化过程中,往往会先在电极表面发生氧化。因此,研究催化材料的活性物种对于设计发展具有更高催化活性的催化材料具有重要意义。目前关于活性物种的研究大多局限于氧化反应,对电催化材料在还原条件下的活性物种研究仍然缺乏足够的认识。本文利用表面敏感的电化学原位表征技术,研究电催化材料的结构重构与活性物种,揭示电化学反应条件下无机材料的结构转化与重构,并指认其活性物种。具体研究内容如下:1.以NiSe2纳米片为阳极,通过电化学原位拉曼等表征手段,证明电极材料中的Se-Se基团会在析氧条件下原位转化为Se O32-,继而转化为Se O42-,并向电解液中溶出。而其中少量Se O42-会吸附在催化剂表面,进而促进析氧反应活性。理论计算和对照实验结果表明,向电解液中添加适量Se O32-能够有效提高Ni(OH)2的析氧活性。而且,不仅对Ni(OH)2,Se O32-对Co(OH)2和Cu(OH)2也有显著的促进作用。同时SO42-也被证实有类似的促进作用。从以上结果来看,硫酸根和硒酸根离子吸附在催化剂表面对反应的促进具有一定的普适性。2.以Ni4Mo纳米棒为阴极,揭示了在析氢反应过程中,电极材料表面Mo元素的氧化为Mo O42-,大部分酸根离子溶出进入电解液,少量在表面聚集产生Mo2O72-吸附在表面的重构过程。由于金属Mo的还原电位比氢气更负,金属Mo有可能会在析氢条件下被氧化。利用原位拉曼表征,揭示了少量吸附在电极表面的Mo O42-还会发生聚合形成Mo2O72-。理论计算与对照实验证明Mo2O72-的吸附,使电极表面产生的吸附氢更容易脱附形成氢气,进而促进了析氢反应的进行。
其他文献
多铁性材料在信息存储方面有着广阔的应用前景,顺应了信息时代发展要求。但现有的多铁性材料很少,其中大部分同时具备铁电和反铁磁特性,并且铁磁或反铁磁转变温度远低于铁电转变温度,这给实际应用带来困难。在寻找新的室温多铁性材料过程中,Ca3M2O7(M=Ti,Mn)因其独特的准二维层状钙钛矿结构以及体系中存在的杂化非本征铁电性赢得了众多研究者的青睐。在n=2的Ruddlesden-Popper(R-P)结
纳米尺度下存在丰富多样的不同于宏观体系的电荷输运现象,研究这些微观电荷输运现象及其规律不仅是重要的物理问题,也为探索开发新型的基于分子的微观尺度器件提供了理论基础。将分子置于两电极间构成“电极-分子-电极”分子结是研究微观尺度电荷输运的基本实验平台。作为分子结中电荷输运的两种主要方式,隧穿机理和跳跃机理已经被广泛研究,并具有普适性。然而对两种机理所对应的分子结的电流-电压(I-V)特性的系统性研究
近年来,基于局域表面等离子共振(LSPR)的纳米材料传感器因具有高灵敏度、实时分析、无标记和低成本等优点而表现出广阔的应用前景,受到了人们的关注。常规的LSPR传感器通常直接在稳定剂或固体基底上沉积金属薄膜或金属纳米颗粒,但当纳米颗粒直接暴露在外部环境中时,它们很容易被影响并且使传感器的灵敏度降低。低能高剂量的金属离子注入电介质可以在浅表层上形成镶嵌的金属纳米颗粒,电介质的存在使得纳米颗粒被有效的
生物组织的微观结构特征可以用其光学参量表征,通过测量这些参量可以实现对生物信息的监测。漫反射光谱技术提供了一种能够用于在体测量的方法,通过定量分析像生物组织一样的浑浊介质的反射率可以得到其吸收和散射特性的相关信息。在亚扩散散射区域,组织的尺度和形态等微观结构的改变对反射光场有很大的影响,这为漫反射光谱技术提出了新的挑战和机遇。目前面临的关键科学技术问题包括数学建模(它给出了表征组织微观结构的光学参
基于1,2-二氧环丁烷的机械力诱导化学发光聚合物,可以从微观分子水平探测和研究高分子材料受力时的宏观形变和损坏规律,是一种实时灵敏的探测高分子材料损伤的新方法。目前对力诱导化学发光水性高分子的研究还未曾报道。本论文旨在提高力诱导化学发光水性高分子材料的发光强度及灵敏性、拓宽其应力/应变检测范围,针对在不同使用环境下,特别是在大极性溶剂存在环境下的高分子力学损伤检测提供新的方法。具体分为以下两个部分
氨气是生产氮肥、塑料和炸药的基本工业原料,而目前工业上主要使用Haber-Bosch法合成氨气,该产业对能源需求量大、且污染严重,不利于我国实现“碳达峰”和“碳中和”的目标。过渡金属硫化物具有优异的光学和电学性质,其缺陷位点被广泛用于催化析氢反应的研究,对于合成氨反应的关注相对较少。本文主要基于密度泛函理论研究了二硒化铂(Pt Se2)的边缘结构、二硫化钒(VS2)的边缘结构和点缺陷结构的合成氨催
纳米晶软磁合金因为具有优异的软磁性能,被广泛应用于各个方面,例如:变压器,扼流圈等。本文主要研究了退火温度对(Fe0.9Co0.1)72.7Al0.8Si13.5Cu1Nb3B8V1合金高温软磁性能的影响。P元素添加对(Fe0.9Co0.1)73.5Si13.5Nb3Cu1B9-xPx(x=0,2,4)合金晶化机制,微观结构和软磁性能的影响。制备了(Fe0.9Co0.1)72.7Al0.8Si13
随着现代工业的快速进步与发展,越来越多的有害无机离子被大量释放到环境中,对人们的日常生活以及身体健康都造成了严重的危害。因此,建立一种高灵敏度和低检出限的检测方法,对不同环境中的无机离子进行高效快速的检测显得至关重要。近年来,金属有机框架是迅速发展的一类新型多孔晶体材料,具有较大比表面积和规则孔道结构。其中,锆基金属有机框架,是由高价态的锆金属节点和羧酸分子通过配位作用连接而成的,该类材料在各种应
“自下而上”和“表面限域”相结合是表面在位化学构建功能性纳米结构的有效手段。借助扫描隧道显微镜,可以在原子尺度上实现反应物、中间产物和最终产物的实空间成像。与自组装相比,表面纳米结构是以共价键为连接方式,具有较强的化学稳定性和热稳定性,优异的机械、生物、光学和电子特性,这已经推动了生物、材料和医疗领域的发展和创新。本论文从表面限域的席夫碱偶联反应出发,基于其具有刺激响应、自修复和微环境适应性等特点
布拉格反射镜是最常用的一维光子晶体,其结构简单、易于制备,通常由两种折射率不同的材料沿着一个方向交叉重复堆叠而成。在实际应用中需要实现高反射率,而影响反射率的主要因素是堆叠的周期数和高低层材料之间的折射率差。现有的制备方法必须考虑紧密的晶格匹配,以避免位错对整个结构的质量产生不利影响。通常对于高匹配度的晶体而言折射率差相对较小,需要制备大量周期才能获得高反射率,这不利于大规模集成光电路的生产。因此