Ni/NiO异质纳米片的合成及光辅助电解水性能

摘要

电解水是一种环境友好的生产氢能源的技术。该过程通常伴随着高的析氢（HER）和析氧（OER）过电位，发展一种简便、普适的策略来提高电催化剂的活性具有重要意义。最近研究表明，利用Au的表面等离子体效应，可以有效提高电催化剂的HER或OER活性。受此启发，廉价的半导体材料也能够有效捕获、转换太阳能，可能产生与Au类似的作用，增强电催化剂的活性。然而，利用半导体光辅助增强电催化剂活性的研究仍未引起学者的关注。 基于此，本论文利用半导体材料受光激发产生光生载荷子，调控电催化活性中心的电子密度来增强HER和OER活性。选择Ni/NiO为模型系统，设计合成了Ni/NiO面内异质超薄纳米片阵列。在该体系中，Ni是HER活性位点，NiO作为半导体，既是光响应组分，也是OER的活性位点源。光照后，HER和OER的质量活性分别增强10倍和2.6倍，增强的活性可以维持在12小时以上，表现出较高的稳定性。当Ni/NiO用作阴极产氢时，光生电子从激发的NiO向HER活性Ni的转移，导致了HER性能的增强；用作阳极产氧时，光生空穴促进NiIII/IV活性物种的加速形成，引起OER性能的增强。另外，Ni/NiO可直接用作阳极和阴极构成双电极系统，在1.67V电压下可实现20mA cm-2的电流密度。这不仅为构造高效水电解装置提供了新途径，而且为建立其他可再生能源转换系统，如电催化CO2还原和生物质转化，提供了新思路。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 纳米材料简介

1.2.1 纳米材料研究对象

1.2.2 纳米材料特性

1.2.3 纳米材料合成方法

1.3 等离子体金属/半导体光催化剂和光电化学电池简介

1.3.1 在半导体中加入等离子体纳米结构的作用

1.3.2 等离子体增强太阳能转化的机理

1.3.3 合理设计等离子体金属-半导体异质结构

1.4 电催化水分解概述

1.4.1 不同能量驱动水分解

1.4.2 水分解的基本机理

1.4.3评价催化剂性能的主要参数

1.4.4提高催化剂性能的策略

1.5 本论文的设计思路与内容

第2章 Ni/NiO异质纳米片的制备及表征

2.1 引言

2.2 实验制备

2.2.1 实验仪器和设备

2.2.2 实验材料和试剂

2.2.3 样品的合成

2.3 结果和讨论

2.3.1 样品表征

2.3.2 结果分析

2.3.3 小结

第3章 利用光生载流子提高Ni/NiO的全解水活性

3.1 引言

3.2. 电化学测试

3.3 电化学性能测试

3.3.1 样品的光学性质

3.3.2电催化分解水析氢性能测试

3.3.3电催化分解水析氧性能测试

3.3.4 电催化全解水性能测试

3.4 小结

第4章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢