光催化剂/贮氢合金电极的制备及其光充电与电化学性能

摘要

本文制备了Ti掺杂的ZnO光催化剂、尖晶石型CuAl2O4光催化剂和Cu基复合氧化物，并用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其进行了结构表征。用上述化合物掺杂AB5型贮氢合金制备了TZMH、CAMH、CMH电极，用Ti掺杂ZnO、CuAl2O4对贮氢合金电极进行表面修饰制备了TZ/MH和CA/MH电极。使用chi660b电化学工作站、IM6电化学测试系统、力兴电池测试系统和LAND电池测试系统等仪器，测试了TZ/MH和CA/MH电极的光充电性能、交流阻抗特性、阶跃电位曲线，以及TZMH、CAMH、CMH电极的活化、循环及高倍率充放电等电化学性能，并与AB5合金电极作了比较。具体工作和结果如下： 用燃烧合成法制备了Ti掺杂的ZnO(记为xTi-ZnO，x=0.1，0.2，0.3)复合氧化物光催化剂，XRD分析表明其晶粒平均直径在20nm左右。SEM检测表明其颗粒为微米级，由纳米级薄片团聚而成。用0.3Ti-ZnO与AB5型贮氢合金超声溶胶混合的掺杂方法制备了TZMH，对贮氢合金电极进行表面修饰制成TZ/MH电极。结果表明，TZ/MH电极在光充电时放电容量较低，但外加小电流可以改善其光充电性能。紫外光照时，TZ/MH电极的阶跃电位测试响应电流大于无光照的响应电流，其电化学反应阻抗小于无光照时的阻抗。与AB5合金电极相比，TZMH电极的活化性能和0.2 C放电容量有所降低，1 C循环容量保持率提高，1C循环100次时放电中值电压有所降低。 用溶胶凝胶法制备了分散良好、粒径分布均匀、晶粒直径为15～25nm 的尖晶石型CuAl2O4粉末。用CuAl2O4与AB5型贮氢合金超声溶胶混合的掺杂方法制备了CAMH，对贮氢合金电极进行表面修饰制成CA/MH电极。CA/MH电极光充电后放电容量为0.187 mAh·g-1，加以辅助电流后放电容量为0.499 mAh·g-1。与AB5合金电极相比，CAMH电极的电化学反应阻抗变化不大，光照有利于其电化学反应的顺利进行；CAMH电极的活化性能和0.2 C放电容量有所下降，光照可改善其活化性能，提高放电容量；CAMH电极1 C循环50次后容量保持率在90％以上，高倍率放电性能也得到改善。 使用均匀沉淀法制备了Cu基复合氧化物，沉淀混合物在不高于500℃下煅烧的产品结晶度较低，300℃煅烧产品主要成分为CuO，400和500℃煅烧产品的晶体为CuAl2O4。上述晶体平均粒径为25.06、9.03和12.28nm。用Cu基复合氧化物粉末掺杂AB5型贮氢合金制备了CMH电极。EIS和阶跃电位测试结果表明，CMH电极的电化学反应阻抗比AB5合金电极大，氢在CMH表面的扩散速度远大于其在AB5合金表面的扩散速度。与AB5贮氢合金电极相比，CMH电极的活化性能有所下降，0.2 C放电容量稍有降低，但其1 C循环性能和1 C、2 C、5 C高倍率放电性能均得到改善。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1光解水制氢的基础理论

1.1.1半导体光催化的基本理论

1.1.2光催化分解水的原理

1.1.3光电催化分解水的结构体系

1.1.4影晌光解水效率的因素

1.2提高半导体光催化性能的途径

1.2.1半导体复合

1.2.2贵金属沉积

1.2.3金属离子掺杂

1.3纳米氧化锌光催化剂的研究进展

1.3.1纳米氧化锌光催化研究

1.3.2提高纳米ZnO催化性能的方法

1.3.3纳米ZnO的制备方法

1.3.4纳米氧化锌材料的研究方向

1.4尖晶石型化合物的研究进展

1.4.1尖晶石光催化剂的制备

1.4.2尖晶石型光催化剂的应用及作用机理

1.5 Cu基复合氧化物研究进展

1.6贮氢合金研究进展

1.6.1掺杂对贮氢合金电极性能的影响

1.6.2表面处理的影晌

1.6.3电极合金的薄膜化

1.7可光充电贮氢合金的研究进展

1.8课题的提出及其意义

第二章Ti掺杂ZnO光催化剂/贮氢合金电极的制备及其光充电与电化学性能

2.1实验部分

2.1.1实验试剂与仪器

2.1.2 Ti掺杂ZnO光催化剂的制备

2.1.3 0.3Ti-ZnO修饰贮氢合金电极(TZ/MH)和掺杂电极(TZMH)的制备

2.1.4 Ti掺杂ZnO光催化剂的结构形貌表征

2.1.5 TZ/MH电极光充电性能测试

2.1.6 TZMH电极电化学性能测试

2.2结果与讨论

2.2.1 SEM结果分析

2.2.2 XRD结果分析

2.2.3 TZ/MH电极光电化学性能测试结果分析

2.2.4 TZMH电极电化学性能测试结果分析

2.3本章小结

第三章CuAl2O4光催化剂/贮氢合金电极的制备及其光充电与电化学性能

3.1实验部分

3.1.1实验试剂与仪器

3.1.2尖晶石型CuAl2O4光催化剂的制备

3.1.3 CuAl2O4粉末的结构形貌表征

3.1.4 CuAl2O4修饰贮氢合金电极(CA/MH)和掺杂电极(CAMH)的制备

3.1.5 光电化学/电化学测试

3.2结果与讨论

3.2.1 TGA分析结果

3.2.2 XRD结果分析

3.2.3 TEM结果分析

3.2.4光电化学性能测试结果分析

3.2.5电化学性能测试结果与分析

3.3本章小节

第四章Cu基复合氧化物掺杂贮氢合金的电化学性能

4.1实验部分

4.1.1实验试剂与仪器

4.1.2 CuO/ZnO/A12O3复合氧化物的制备

4.1.3 Cu基复合氧化物的结构形貌表征

4.1.4 Cu基复合氧化物掺杂贮氢合金(CMH)电极的制备

4.1.5 CMH电极电化学性能测试

4.2结果与讨论

4.2.1 XRD结果与分析

4.2.2 SEM结果与分析

4.2.3交流阻抗测试结果与分析

4.2.4阶跃电位测试结果与分析

4.2.5电化学性能测试结果与分析

4.3本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2论文工作回顾及展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间公开发表的学术论文：