层状过渡金属氢氧化物表面性质及电化学行为

摘要

层状金属氢氧化物(LDHs)是一种新型的纳米结构材料，因其原料价格便宜、制备方法简单、化学组成和结构可控，以LDHs作为新型电化学修饰材料的研究受到了国内外高度重视。目前人们对LDHs的电化学性质的研究已见报道，但是对于LDHs的表面化学性质及微观结构与其电化学性能之间内在联系的研究目前还尚少见。本文重点探讨了这三者之间的联系，阐述了镁铁层状过渡金属氢氧化物修饰玻碳电极(MgFe-LDH/GCE)的电荷传输机理，为今后进一步探究镁铁层状过渡金属氢氧化物(MgFe-LDH)及其复合氧化物(MgFe-LDO)的作为电极材料提供理论依据。
　　通过对MgFe-LDH/GCE的电化学反应条件进行优化测试，得出MgFe-LDH/GCE在K4[Fe(CN)6]溶液进行电极反应的电化学测试最优条件为：修饰电极的悬浊液用量为10μL，修饰电极的富集时间为5min，电解质K4[Fe(CN)6]浓度为0.5mol/L，电解质溶液pH值为9.0。
　　阐明电化学性能、微观结构及其表面酸碱性三者之间的关系。通过采用PeakFit软件对不同Fe含量Mg/Fe-LDH样品的FT–IR在1200~1800cm–1区间光谱带进行去卷积及高斯函数拟合，并结合SEM、XRD和CO2-TPD分析，发现三者的表面碱性存在如下关系：LDH-3>LDH-2>LDH-4。结晶度越高，表面碱性越强。表面碱性越强，给电子能力越强，表面反应活化能越低，反应活性越强。
　　通过循环伏安法及交流阻抗法研究，发现表面碱性越强，氧化还原可逆性及导电性能就越好。LDH-2/GCE、LDH-3/GCE和LDH-4/GCE三者的响应电流存在如下关系：LDH-3/GCE>LDH-2/GCE>LDH-4/GCE，其中，LDH-2/GCE略大于LDH-4/GCE。
　　探究循环伏安法扫描反应前后修饰样品的微观结构变化，阐明其电荷传输机理。利用SEM、XRD、EDS、FT-IR、TG-DSC及零电荷点分析对扫描反应前后修饰样品进行微观结构、热稳定性和微粒表面电荷性质变化的表征。结果表明，在循环伏安扫描过程中，K3Fe(CN)6以[Fe(CN)6]3–/4–对形式存在，反应后，[Fe(CN)6]4–吸附于修饰样品表面，对样品形成包覆，削弱了其整体正电荷强度，导致其电荷密度有所下降，但样品的层状结构并未遭到破坏，[Fe(CN)6]4–未进入样品层间，层间阴离子仍为 CO32–。电荷传输受电解液中[Fe(CN)6]4–离子的扩散迁移控制，电子转移数目为1，电极反应的电子传递系数α为0.50901。

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第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 层状化合物概述

1.3 化学修饰电极概述

1.4 层状过渡金属氢氧化物修饰电极国内外研究现状

1.5 本文研究目的及内容

第2章 Fe含量对Mg/Fe-CO32–型LDHs表面性质的影响

2.1 实验材料与方法

2.2 结果与讨论

2.3 本章小结

第3章 Fe含量对Mg/Fe-CO32–型LDHs电化学性能影响

3.1 材料与方法

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

第4章 Mg/Fe-LDH电化学行为及其表征

4.1 材料与方法

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 主要创新点

5.3 建议及展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间取得的主要成果