等离子体处理改性四氧化三钴纳米片及其在电催化氧析出中的应用研究

摘要

近年来，随着煤炭、石油等传统化石能源的日渐衰竭，能源短缺问题越来越严重，再加上环境污染问题也日趋严峻，我们急切地需要寻找可持续，清洁和高效的能源生产来解决能源短缺问题和环境污染问题。在很多先进的能源生产技术当中，电催化作用氧析出反应起到了关键性的作用。但是由于商业化的电催化氧析出反应中的催化剂二氧化钌和二氧化铱价格昂贵并且储存量低等问题，一直制约着电催化氧析出反应的效率。因此，开发出催化性能好，价格便宜和储存量高的催化剂是当下的首要任务。大量的研究表明，改性的四氧化三钴纳米材料是一种很好的氧析出催化剂并且极有可能取代商业化的二氧化钌和二氧化铱。因此本论文通过氩气、氮气和氨气的等离子体对四氧化三钴纳米材料进行改性，使其表面产生氧空位、氮掺杂和高的比表面积来提高其氧析出的催化性能。主要内容如下：
　　（1）用氩气等离子体处理四氧化三钴纳米片并且应用于电催化氧析出反应
　　在室温下，用氩气等离子体处理四氧化三钴纳米片，经过后期的测试和表征发现，处理过的四氧化三钴纳米片表面产生了氧空位并且比表面积高于未处理过的四氧化三钴纳米片，氧析出的性能也得到了极大的提高。这主要是因为氩气等离子体具有还原作用使四氧化三钴中的三价钴离子部分还原成了二价钴离子从而产生氧空位，而四氧化三钴催化氧析出反应中的活性位点是通过二价钴离子形成的。
　　（2）用氮气等离子体处理四氧化三钴纳米片并且应用于电催化氧析出反应
　　在室温下，用氮气等离子体处理四氧化三钴纳米片，经过后期的测试和表征发现，处理过的四氧化三钴纳米片表面产生了氧空位和氮原子掺杂并且比表面积高于未处理的四氧化三钴纳米片。此工作在产生氧空位和高比表面积的同时引入了氮原子，导致了四氧化三钴电子结构的改变，从而暴露出更多的活性位点，提高了氧析出反应的催化性能。
　　（3）用氨气等离子体处理四氧化三钴纳米片并且应用于电催化氧析出反应
　　在室温下，用氨气等离子体处理四氧化三钴纳米片，经过后期的测试和表征发现，处理过的四氧化三钴纳米片被还原成了一氧化钴纳米片，并且产生了氧空位和氮原子掺杂并且比表面积高于未处理的四氧化三钴纳米片。这主要是因为氨气较氩气和氮气来说是还原性比较强的气体，把四氧化三钴中的三价钴离子完全还原成了二价钴离子，为氧析出反应提供了更多的活性反应位点。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 等离子体技术

1.2 氧析出反应(OER)

1.3 本课题的研究意义与内容

第2章 具有氧空位和高比表面积的氩气等离子体刻蚀的Co3O4纳米片应用于电催化析氧反应

2.1 引言

2.2 实验药品与仪器

2.3 实验部分

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

第3章 具有氧空位的氮掺杂多孔Co3O4纳米片应用于电催化析氧反应

3.1 引言

3.2 实验药品与仪器

3.3 实验部分

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

第4章 将Co3O4纳米片转化为具有氧空位和氮掺杂的多孔的CoO纳米片应用于电催化析氧反应

4.1引言

4.2实验药品与仪器

4.3 实验部分

4.4 结果与讨论

4.5 本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录

致谢