羟基磷酸镍单壁纳米管的可控合成及电催化性能研究

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1、分类号：O61学校代码：10697密级：公开学号：201531403羟基磷酸镍单壁纳米管的可控合成及电催化性能研究学科名称：材料工程作者：边伟指导老师：谢钢教授王训教授西北大学学位评定委员会二○一八年StudiesontheControllableSynthesisofNickelHydroxylphosphateSingle-wallNanotubesandTheirElectrocatalyticPerformanceAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpartialfulfillmentoftherequi

2、rementsforthedegreeofMasterinMaterialsEngineeringvvvByBianWeiSupervisor:XieGangProfessorWangXunProfessorJune2018摘要摘要近年来，发展有效的电催化剂用于氧气析出反应在未来可再生能源的应用上具有很大的意义。超细纳米材料与传统纳米材料相比具有很强的尺寸效应，因而展现出更为突出的物理化学性质。由于单壁纳米管具有独特的一维空心结构、超薄的壁厚等特点，是这一领域研究的热点材料。本文以羟基磷酸镍单壁纳米管的可控合成为研究基础，通过对纳米管后修饰、在导电基底上

3、原位生长的方法来研究在氧气析出反应中的性能表现，并探索性质与纳米材料结构、组成的关系。利用DMF-H2O混合溶剂体系在不使用表面活性剂的条件下溶剂热法成功合成了直径为5纳米，长度为数微米的羟基磷酸镍单壁纳米管。利用表面包覆的方法对纳米管进行了修饰，实现了氢氧化铁层均匀包裹在纳米管的表面。比较了氢氧化铁沉积前后样品的形貌、组成和电化学性能的差异。研究表明，不同的铁含量对最终样品电化学性能的影响呈现出火山型的变化趋势。得益于纳米管的超细一维结构及镍铁组分的协同作用，优化后的样品达到了非常理想的电催化性能。以泡沫镍为镍源和模板成功实现了羟基磷酸镍单壁纳米管在泡

4、沫镍上的原位生长。通过表征确定了材料的结构与组成，羟基磷酸镍单壁纳米管作为有效地电活性物质在泡沫镍基底的辅助下表现出大电流密度性质并且具有长时间的稳定性。关键词：羟基磷酸镍单壁纳米管；氢氧化铁修饰；原位生长；氧气析出反应；大电流密度；I西北大学硕士专业学位论文IIABSTRACTABSTRACTDevelopmentofefficientelectrocatalystsforoxygenevolutionreaction(OER)isofgreatsignificanceforfuturerenewableenergyapplications.Compa

5、redwithtraditionalnanomaterials,ultrathinnanomaterialshaveastrongsizeeffect,thusshowingmoreprominentphysicalandchemicalproperties.Becauseoftheuniqueone-dimensionalhollowstructureandultrathinwall-thickness,single-wallnanotubesarepopularmaterialsinthisfield.Thispaperisbasedonthecon

6、trolledsynthesisofnickelhydroxylphosphatesingle-wallnanotubes,theOERperformancewasstudiedbypost-modificationofthenanotubesandin-situgrowthontheconductivesubstrate.Wealsoexploretherelationshipbetweenpropertiesandthestructure,compositionofthenanomaterials.Nickelhydroxylphosphatesin

7、gle-wallnanotubeshavebeenpreparedbyasurfactant-freesolvothermalstrategyinDMF-H2Osolventsystem,whichpossessdiametersofabout5nmandlengthsofaboutseveralmicrometers.Asurface-coatingmethodwasusedtomodifythenanotubes,andironhydroxidesonthesurfaceofthenanotubeswascoateduniformly.Themorp

8、hology,composition,andelectrocatalyticpr