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《銀-銅納米合金的制備、表面修飾及ORR催化性能》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、國內(nèi)圖書分類號(hào)：TB34西北工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文銀-銅納米合金的制備、表面修飾及ORR催化性能博士研究生：吳小強(qiáng)導(dǎo)師：陳福義教授申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士學(xué)科、專業(yè)：材料學(xué)所在單位：材料學(xué)院答辯日期：2017年09月授予學(xué)位單位：西北工業(yè)大學(xué)Classifiedindex：TB34ThesissubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyPreparation,surfacemodificationandORR
2、PropertyofAg-CuNanoalloyCatalystsPh.DCandidate：WUXiaoqiangAdvisor：ProfessorChenFuyiDegreeAppliedfor：DoctorofPhilosophySpecialty：MaterialsScienceSchool：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofOralDefence：September，2017UniversityConferringDegree：Northwestern
3、PolytechnicalUniversity摘要摘要鋅-空氣電池是一種具有高比能量密度和高功率密度的清潔能源轉(zhuǎn)換裝置，是當(dāng)前最有潛力替代鋰離子電池的替代品之一。目前，鋅-空氣電池的商業(yè)化仍然面臨許多問題，例如空氣陰極催化劑的催化效率低和制備成本高。研究表明,催化效率最高的陰極催化劑為Pt基催化劑。但Pt元素的地球儲(chǔ)量低，價(jià)格昂貴使其商業(yè)化應(yīng)用困難。因此，尋找一種地球儲(chǔ)量高，價(jià)格便宜，同時(shí)具有高催化活性和穩(wěn)定性的陰極材料來替代Pt是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。研究表明Ag基催化劑是最有潛力替代Pt的陰極材料。Ag的地球儲(chǔ)量高，
4、價(jià)格僅為Pt的五十分之一，并且具有高穩(wěn)定性和催化活性。然而，Ag基催化劑取代Pt的研究仍然面臨許多問題，例如Ag基催化劑的活性仍然低于Pt基催化劑。本文采用激光脈沖沉積法(PulsedLaserDeposition,PLD)制備了AgxCu100-x(x=0,10,25,45,50,55,75和100)納米催化劑，并研究了Cu含量對(duì)AgxCu100-x納米合金催化活性的影響。TEM和XPS表征結(jié)果表明AgxCu100-x納米合金催化劑為薄膜狀，表面由粒徑為~2.58nm的AgxCu100-x合金納米顆粒覆蓋，表面A
5、g元素的價(jià)態(tài)為0；部分Cu為的價(jià)態(tài)為2+。氧還原(OxygenReductionReaction,ORR)極化測(cè)試結(jié)果表明，在AgxCu100-x合金中，Ag50Cu50合金具有最高的ORR活性。同時(shí)，Ag50Cu50催化的一次鋅-空氣電池在放電電流密度為100mAcm-2時(shí)的放電電壓為0.863V，功率密度達(dá)到86.3mWcm-2；Ag-250Cu50催化二次鋅-空氣電池中，充/放電電流密度為20mAcm時(shí)的充放效率達(dá)到50%，循環(huán)充放200次之后，電池放電電壓僅衰減了~0.01V。氣相色譜儀測(cè)試結(jié)果表明，放電時(shí)
6、，Ag50Cu50催化的鋅-空電池耗氧率為3526μVs；充電時(shí)，氧產(chǎn)量為3732μVs。針對(duì)Ag50Cu50催化劑，本文改變工藝參數(shù)制備了一種Ag50Cu50金屬玻璃催化劑(Ag50Cu50-MG)。SAED和XRD測(cè)試結(jié)果表明該合金催化劑具有非晶特性。Ag50Cu50-MG和退火后Ag50Cu50納米合金(Ag50Cu50-NC)的紫外光電子能譜(UPS)測(cè)試結(jié)果表明Ag50Cu50-MG的功函數(shù)為4.6eV，Ag50Cu50-NC功函數(shù)為4.2eV，表明Ag50Cu50-MG的抗腐蝕能力高于Ag50Cu50-
7、NC。氧還原極化測(cè)試表明Ag50Cu50-MG比退火后的Ag50Cu50-NC催化劑具有更高的活性和穩(wěn)定性。同時(shí)，Ag50Cu50-MG催化的鋅-空氣電池具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，在20mAcm-2電流密度下循環(huán)充放1000次后，其放電電壓僅衰減了0.14V，比商業(yè)為Pt/C-20%催化的鋅-空電池的循環(huán)穩(wěn)定性(~4周期，衰減~0.2V)高250倍.為了進(jìn)一步研究Cu元素增強(qiáng)Ag催化劑ORR活性的機(jī)制，本文采用XPS對(duì)AgxCu100-x和Ag75M25(M=Co,Cu,Fe和In)的價(jià)帶譜進(jìn)行了表征，并建立起d帶中心
8、和ORR比活性的關(guān)系圖。結(jié)果表明AgxCu100-x和Ag75M25催化劑的d帶中心和ORR比活性的關(guān)系圖均呈現(xiàn)出標(biāo)準(zhǔn)的“火山”形狀，結(jié)果表明M元素的加入可以調(diào)制Ag的d帶I西北工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文電子，d帶中心正移0.12eV有利于提高Ag75M25催化劑對(duì)氧的吸附從而提高ORR活性。AgxCu100-x催化劑d帶中心受Cu含量的影響，Cu含量低于50at
