一維鎳碳基納米復(fù)合材料的可控制備及催化性能研究.pdf

1、過渡金屬納米粒子具有優(yōu)異的物理、化學(xué)特性，在能源、催化、環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但過渡金屬納米粒子存在易團(tuán)聚、易氧化等問題。碳納米材料具有良好的電子傳輸能力和化學(xué)穩(wěn)定性，可作為載體提高過渡金屬納米粒子的分散性和穩(wěn)定性。因此，可控制備高穩(wěn)定、高活性的過渡金屬碳納米復(fù)合材料成為人們研究的熱點(diǎn)。本論文設(shè)計(jì)合成了一種新型有機(jī)分子插層的層狀氫氧化物，以其作為單一前驅(qū)體，經(jīng)過簡單固態(tài)熱解，可控制備了形貌均勻、高分散、高結(jié)晶度的一維鎳

2、碳基納米復(fù)合材料，并研究了該材料在電解水制氫中的應(yīng)用。具體研究內(nèi)容如下:
　　1、以價(jià)格低廉的水溶性無機(jī)鹽硝酸鎳和水楊酸鈉為原料，在水溶液中自組裝得到水楊酸根插層的層狀氫氧化鎳，以其作為前驅(qū)體，在無還原劑、模板劑條件下，經(jīng)一步固態(tài)熱解可控制備一維Ni@C納米復(fù)合材料。研究前驅(qū)體組成、固相反應(yīng)條件對其相貌組成、晶體結(jié)構(gòu)的影響，利用SEM、HRTEM、XRD、Raman、FT-IR、XPS、TG、BET等工具進(jìn)行表征。結(jié)果表明，一維N

3、i@C納米復(fù)合材料為形貌均勻的納米棒(直徑約50nm，長約2um)，Ni納米粒子尺寸均勻(小于10nm)，高分散、高結(jié)晶度，大的比表面積(193.5m2/g)，豐富的氧功能基團(tuán)(-OH等)，強(qiáng)界面相互作用(Ni-O-C)等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。研究在不同熱解溫度下制備的一維Ni@C納米復(fù)合材料的電催化性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明高溫(900℃)制備的材料電催化活性最高，析氫過電位可低至78mV(i=10mA/cm2)，穩(wěn)定性優(yōu)異。
　　2、在層板上引入

4、金屬鋅，進(jìn)一步合成層狀氫氧化鎳鋅前驅(qū)體，通過固態(tài)熱解可控制備了一維鎳碳基多元體系納米復(fù)合材料。詳細(xì)研究焙燒溫度對其組成結(jié)構(gòu)的影響，在700℃-800℃，可控制備了一維Ni3ZnC0.7/Ni@C納米復(fù)合材料。HRTEM及XRD表明，小尺寸、高分散、高結(jié)晶度的Ni3ZnC0.7納米粒子(約7nm)和Ni納米粒子(約8nm)均勻鑲嵌在高度石墨化的碳納米棒(直徑約40nm)基質(zhì)中。XPS和FTIR表明，碳表面存在大量羥基，使其具有親水性，Ni

5、3ZnC0.7、Ni、C三者之間存在較強(qiáng)的價(jià)鍵作用，化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異。升高固相反應(yīng)溫度，Ni3ZnC0.7不斷被熱解還原為金屬Ni、Zn相，其中，金屬Zn起自模板構(gòu)筑多孔結(jié)構(gòu)的作用。降低固相反應(yīng)溫度，出現(xiàn)ZnO相，在500-600℃，可控制備得到一維Ni3ZnC0.7/ZnO@C納米復(fù)合材料。在電催化性能測試中，一維Ni3ZnC0.7/Ni@C納米復(fù)合材料電催化性能優(yōu)異，析氫過電位(i=10mA/cm2，32mV)和塔菲爾斜率(37mV/