一、催化剂的高分辨电子显微镜研究（论文文献综述）
程晗[1]（2020）在《低维无机材料表界面化学调控及氧电催化研究》文中进行了进一步梳理寻找可持续发展方法来缓解能源危机已成为人类主要的努力和奋斗目标。可再生能源（例如太阳能、风能、潮汐能等）转化电能的能源模式已经开始广泛使用。然而,由于这种可再生能源提供的能量是间断的,而电力的消耗是持续的,这就导致了供应与需求之间在时间上的不相匹配。为了提供有效的解决方法,能量转换和存储系统有待进一步开发。电化学过程在能量转换存储系统中扮演重要的角色。当可再生能源的供给超过了需求,剩余的电能能够用来推动非自发电化学反应的发生,将能量转换成化学能来进行存储;当用电需求量大时,储存的化学能量又可以再次通过原电池中自发的电化学反应得到可供使用的电能。小型的能量转换和存储系统如可充电电池,已经被广泛地应用在移动商业设备上（例如手机、笔记本电脑、甚至汽车）,但是在大规模设备上的能量转换和存储器件仍然需要进一步研究。目前越来越多的研究集中到氢气循环的能量转换和存储系统上,如电解池和氢燃料电池。氧电催化反应在氢能源的循环过程中作为半反应,发挥着重要的作用。但是由于其过程涉及四电子转移,其动力学过程十分缓慢,很大程度上限制了氢在对电极上发生反应的速率。氧电催化反应包含析氧反应（OER,Oxygen Evolution Reaction）和氧还原反应（ORR,Oxygen Reduction Reaction）,这两种反应过程分别需要以贵金属RuO2,IrO2和Pt等贵金属作为催化剂。由于贵金属催化剂成本过于高昂,限制了电解水以及燃料电池的规模化应用。因此,发展成本低廉、性能高效的氧电化学催化材料已成为能源转换与应用的关键问题。氧电化学催化反应包含异相催化过程,反应发生在催化剂固体表面,催化剂表面所具有的物理化学性质对整个反应起到了关键性的作用。对于电解水析氧反应和燃料电池氧还原反应相关的电催化体系来说,合理的电催化剂表界面结构设计为探索高性能电催化剂提供了重要的路径。目前大量文献已经报道了对于电催化剂的表界面修饰手段不仅可以对催化剂活性位点的电子态优化调控,同时也可以保留催化剂的体相特征,如高电导率、高稳定性等。与此同时,低维无机材料因为其具有的量子限域效应以及较大的表面积,表现出优异的电化学催化性能,常被使用作为典型的异相反应催化剂。因此,对低维无机材料进行表界面化学调控,优化电催化剂表界面活性位点电子结构和暴露数目,可以成为提升氧电化学反应性能的重要策略。本论文具体内容为以下几点:（1）电化学表面重组是有效的催化剂表界面调控策略。本文以Co2P纳米颗粒为模型材料,通过在碱性介质中进行电化学表面重组这一策略,实现在电极催化剂材料上暴露大量高价态活性位点,促使OER反应的性能得以提升。更有意思的是,我们将表面重组这一策略拓展到CoP,Ni2P过渡金属磷化物上,均实现电催化OER性能的显着提升。这一章节中我们充分说明电化学表面重组可以作为一种表界面调控手段运用到过渡金属磷化物上,从而在氧电化学OER过程中发挥的重要作用。（2）表面配位数的调控是无机固体材料表界面结构设计的重要手段之一。本章节通过多孔铂纳米片的表面配位数调控,发现晶界位置处的Pt位点处于高本征活性暴露,从而实现高活性的氧电化学反应ORR催化性能。实验结果展现出晶界中包含本征活性最佳的Pt配位位点,为含氧中间体提供了合适的吸附能。表面配位数调控的手段提高了 Pt位点对于氧还原反应的内在催化活性和耐久性,甚至优于Pt（111）晶面位点。我们合成得到的富晶界多孔铂（GBP-Pt）表现出比商业Pt高7倍的ORR活性。在进一步的燃料电池应用中,GBP-Pt催化剂在MEA中表现出的高功率密度（1.49 W cm-2,质量活性0.71 A mg-1 Pt）和超长稳定性（30 K循环后活性损失12.9%）,这些性能指标都远超过2020年的美国DOE目标（质量活性0.44 Amg-1 Pt,稳定性能损失约40%）。这一章节中我们主要阐述了表面配位数的调控也同样可以作为低维无机催化材料的表界面调控手段,并进一步提高其对氧电化学ORR的催化活性。（3）对低维无机催化材料进行界面复合,利用协同增强效应优化催化位点电子结构也是一种有效的表界面调控手法。我们设计合成出一种受多孔碳纳米片限域的零维MnO颗粒材料,实现碳材料与MnO纳米颗粒的界面复合。通过协同增强效应,多孔石墨碳层被锰氧纳米颗粒活化成为ORR催化过程中的活性位点,而锰氧纳米颗粒的导电性和稳定性也被进一步提升。此外在锰氧化合物的作用下,副反应的双氧水被迅速的分解,催化材料展现出色的4电子催化特征和长时间稳定性,解决了碳材料催化剂的瓶颈问题。合成得到的非贵金属催化剂（MnO@FLC）展现出半波电位为-0.153 V vs Ag/AgCl,极限电流密度为5.38 mA cm-2,其性能已经达到了目前相关文献报道中锰基材料的国际顶尖水平,并且已经接近目前商业铂碳催化剂的性能。除此之外,密度泛函理论（DFT）计算也表明MnO界面和多孔碳层界面之间存在协同增强效应。本论文充分说明低维无机材料之间界面的复合可以实现氧电化学ORR过程中催化性能的提升,成为表界面化学调控的有效手段之一。
房恒义[2]（2019）在《过渡金属硫化物、碳化物的结构构建与催化氧还原机理研究》文中研究说明铂是目前燃料电池中应用最广泛的阴极氧还原反应（ORR）催化剂,但是铂在自然界中的储量较低,而且成本较高,从而限制了其广泛应用,进而也限制了燃料电池的应用推广,因此开发高活性、低成本、高稳定性的氧还原催化剂就成为目前燃料电池大规模应用的关键技术。在已研究的多种催化剂中,过渡金属元素碳化物、氮化物、硫化物等多种化合物展现出优异的氧还原催化性能和巨大的应用潜力。因此,本文对铁基金属硫化物、钛基碳化物以及氮掺杂钴基碳化物氧还原催化剂的制备、结构和催化氧还原性能进行了研究。通过本文的研究,得出如下结论:（1）研究了退火和一步水热法制备纳米FeS2@rGO和FeS@rGO氧还原催化剂,X射线衍射,扫描电子显微镜和透射电子显微镜等测试表明FeS2为八面体结构,FeS为六方片层状结构。循环伏安法,Tafel,线性扫描伏安法,旋转圆盘电极和旋转环盘电极等电化学测试对其催化氧还原反应性能的研究表明,FeS2@rGO在碱性介质中的氧还原起始电位为-0.142 V（vs Hg/Hg2Cl2）,这接近于现有的商业Pt/C（-0.114 V vs Hg/Hg2Cl2）催化剂,其优异的催化氧还原性能可以归因于FeS2中S-S键对氧吸附的增强以及电子云密度的增大,与FeS中的单硫键相比,S-S键更能促进氧气分子的吸附和氧-氧键的断裂。（2）研究了一种以碳纳米管（CNT）作为碳源,钛粉（Ti）作为钛源,利用碘钠热反应法一步原位合成共轴结构碳化钛（TiC@CNT）的方法。X射线衍射,扫描电子显微镜和透射电子显微镜测试表明TiC包覆在CNT表面,形成了共轴结构。循环伏安法,Tafel,线性扫描伏安法,旋转圆盘电极和旋转环盘电极方法研究表明,TiC@CNT催化剂在碱性和酸性电解液中都具有较高的氧还原反应催化活性,其催化的氧还原反应主要是4电子反应。TiC@CNT中的CNT起到良好的电子传递作用,而TiC表面形成了丰富的氧还原反应催化活性中心,TiC良好的催化性能与CNT良好导电性的协同作用使得TiC@CNT具有与Pt/C相似的催化氧还原性能。（3）合成了一种Fe掺杂的六氰合钴酸钴（Co3[Co（CN）6]2）MOFs衍生的还原氧化石墨烯负载氮掺杂碳核-壳结构CoCx/FeCo（CoCx/FeCo@NC/rGO）复合氧还原反应催化剂,扫描电子显微镜和透射电子显微镜等结构测试表明CoCx/FeCo的碳壳与石墨烯载体彼此嵌合,这为CoCx/FeCo提供了大的比表面积和充足的催化活性位点。循环伏安法,线性扫描伏安法等电化学测试证明N掺杂CoCx/FeCo@C/rGO催化剂具有比Pt/C（1.0174V vs RHE）更高的催化氧还原反应起始电位（1.0183V vs RHE）和更好的长时间运行稳定性,其催化的氧还原反应主要是4电子反应。密度泛函理论计算证实Fe原子增强的正电荷更有利于O2的吸附,并且随着电荷转移数的增加,所吸附氧气的O-O键键长增大,从而促进了氧还原反应的发生。
夏委委[3]（2019）在《纳米能源材料透射电子显微学研究》文中提出在开发和利用清洁能源缓解全球能源压力的过程中,能源的转换与存储是重中之重。能源转换与存储的核心和基础是能源材料。随着设备的微型化和纳米技术的发展,纳米材料因其独特的结构和性能得到了广泛的关注和研究。本文采用国际上先进的原位透射电子显微学技术和化学元素敏感的三维重构技术,对纳米能源材料在制备和工作过程中涉及到的关键问题进行了研究和探索,如纳米能源材料的结构调控、工作原理、衰退机制和失效机理,主要内容和结果如下:（1）锂离子电池黑磷电极失效机理原位TEM研究。针对理论容量高的黑磷电极首次循环之后容量衰减严重、库伦效率低的问题,采用原位TEM技术实时追踪了嵌锂/脱锂过程中黑磷纳米片的微结构演变。研究发现,黑磷纳米片在嵌锂过程中尺寸各向异性膨胀、脱锂过程中电极破碎,由此引起的电接触损失和电极结构的不可逆变化是导致锂离子电池黑磷阳极失效的根本原因。该工作为优化锂离子电池黑磷电极的性能提供了重要依据。（2）MoO3纳米带电化学行为原位TEM研究。针对MoO3纳米带锂离子电池在首次脱锂过程中反应机理不明确、首次循环容量衰减严重原因不清楚的问题,采用原位TEM技术探索了MoO3纳米带在循环过程中的电化学行为。研究发现,首次嵌锂之后的电极材料变成了非晶Li2MoO3,即MoO3在首次循环中经历了不可逆的相变,后续循环是Mo和Li2MoO3之间的可逆变化。在此基础上,结合原位电子衍射技术,探索了嵌钠/脱钠过程中MoO3纳米带的储能机制和多步相变行为,为MoO3纳米带在钠离子电池上的应用提供了理论指导。（3）PdFe@Pt催化剂衰退机制化学元素敏感的三维重构TEM研究。针对燃料电池阴极氧还原（ORR）催化剂在电化学循环过程中稳定性衰退的问题,以低成本的PdFe@Pt合金颗粒为研究对象,采用基于TEM的化学元素敏感的三维重构技术进行大数据集的采集和分析。研究发现,电化学循环之后催化剂颗粒表面的粗糙化是由Pt层的不完整覆盖导致的。此外,可视化数据直接显示,Pt在电压循环过程中厚度增加、尺寸变大,这一现象至今在纳米尺度上仍是一个未经验证的理论。更重要的是,尽管催化剂表面的Pt层可以减缓金属Pd的溶解,但却会加快合金内过渡金属Fe的离域去合金化速度。理论计算表明,Pt覆盖区域较低的Fe空位形成能和过渡势垒以及Fe单杂质在Pd金属中较低的偏析能是导致该离域去合金化效应的根本原因。该工作打破了Pt能保护催化剂免于遭受快速衰退的传统观点,为优化低成本ORR催化剂中过渡金属的种类提供了新思路。（4）双金属氧化物生长机制原位TEM和化学元素敏感的三维重构研究。针对制备空心纳米结构双金属氧化物的高温氧化合金法中氧化反应复杂程度与元素种类和数量密切相关的特点,以二元合金FeNi为例,采用原位TEM技术和化学元素敏感的三维重构技术,结合理论计算探索并解释了不同形貌结构金属氧化物的形成机理和影响形貌的因素。通过实时追踪环境透射电子显微镜（ETEM）内部进行的氧化过程,发现了三种不同的反应模式以及由此产生的三种不同形貌（中空、双孔和多孔）的氧化产物。化学元素敏感的三维重构数据证实了氧化壳层上的纳米针孔和壳核界面处纳米孔洞的数量是导致双金属氧化物呈现不同形貌的根本原因。此外,氧化物形貌具有强烈的尺寸依赖效应和组分依赖效应:富Fe/小尺寸颗粒更容易生成中空结构、富Ni/大尺寸颗粒更容易形成多孔结构。理论建模验证了颗粒内部的应力变化和组分变化对氧化层稳定性的影响,揭示了尺寸和组分依赖的氧化行为与非均匀相分布和浓度梯度引起的颗粒应力之间的关系。该工作建立了一个可预测双金属和多金属体系复杂氧化行为的框架,为空心纳米结构的双/多金属氧化物的可控制备提供了重要的理论支撑和实验依据。
韩韶波[4]（2019）在《过渡金属硫化物的光电催化性质的界面效应研究》文中提出在电催化分解水和空气电池的反应过程中,阳极发生的析氧反应（OER）是制约整个过程的关键步骤,因为该反应是四个电子的转移过程,所以需要克服更高的反应势垒才能进行。在众多的催化剂材料中,过渡金属硫化物由于其良好的导电性而受到关注,虽然通过掺杂、调控形貌和结构等方式,可以在一定程度上提高该体系的催化性质,但是在反应过程中,氧化溶解和能量转化效率较低的问题仍然存在。在催化剂表面生长贵金属量子点不仅可以提高催化剂的性质,而且可以加快氧气的解离速率,从而有效缓解氧化溶解的问题。然而这种结构中的贵金属和催化剂同时接触电解质,因此,很难区分究竟是贵金属还是诱导产生的高价态过渡金属离子作为活性位点,所以不利于研究微观反应机制。核壳结构纳米颗粒可以有效地解决这些问题,并且可以量化研究贵金属的局域表面等离子体效应对催化剂的影响。此外,将过渡金属单原子化是另一种有效提升催化剂活性的方法。本论文通过对纳米材料的界面和表面结构进行调控,制备了一系列纳米催化剂,利用透射电子显微镜对材料的微观结构、元素分布以及局域表面等离子体效应进行了精细的表征,然后系统研究了这些催化剂的电催化分解水和金属空气电池的OER性质与微观结构之间的联系。主要研究内容及成果如下:1.通过低能电子能量损失谱揭示核壳结构的界面耦合效应对催化剂性质的影响。制备了两种具有不同界面结构的Au/Ni3S2纳米颗粒:1)Au核与Ni3S2壳层紧密接触——Au@Ni3S2（c-s）;2)Au核与Ni3S2壳层之间存在2-4nm空隙—Au-Ni3S2（y-s）。电化学测试结果表明:在没有光照时两种结构的极化曲线相近,在有光照时,在相同的正向电压下y-s的电流密度提高了10倍,而c-s的电流密度只提高了2倍多。低能电子能量损失谱显示界面空隙使得Au与Ni3S2的局域表面等离子体峰发生强烈的耦合,而紧密接触的界面结构中Au与Ni3S2的局域表面等离子体峰没有耦合效应。上述结果表明贵金属Au与催化剂的复合结构界面的空隙能够增强样品对光照能量的利用率,然而紧密接触的界面会将绝大部分光子散射掉。2.研究了核壳结构中的金属界面对等离子体能量传递的影响。在同样的合成体系下制备了Au@Co纳米颗、Au@Co@CoSx三层结构和Au@Co9S8核壳结构。电催化测试表明,没有光照时Au@Co纳米颗粒几乎没有催化活性,而Au@Co@CoSx的过电位为258mV;在光照条件下两种纳米颗粒的催化性质都大大提高;随后测试了样品在不同波长光照下的电催化活性,在550nm波长的光照下Au@Co@CoSx与Au@Co的电流密度都提升了3倍左右,但是Au@Co@CoSx只有在550nm波长光照下催化活性才有提升,而550nm正好是Au纳米颗粒的局域表面等离子体吸收峰位置,这说明光照下催化性质的提升主要是由于Au核的作用。Au@Co9S8与Au@Co@CoSx纳米颗粒的催化性质相近,并且在光照下的提升幅度也很接近,这说明催化活性主要与表面结构相关。3.借助表面Cu2+改性实现ZnS（en）0.5光电解水效率的显着提升。首先制备了有机无机复合结构的ZnS（en）0.5纳米带,然后采用离子置换的方法使Cu2+离子取代纳米带表面的Zn,在纳米带表面形成一层CuS/ZnS;通过调节Cu2+离子浓度形成了不同覆盖度的CuS/ZnS表面层;电催化分解水测试结果表明,当Cu2+离子的量刚好能够取代纳米带表面所有的Zn时催化性质最好。虽然ZnS（en）0.5纳米带自身的导电性很差,但是表面处理后仍可实现与商业IrO2相近的催化性质。4.利用原位电镜直接观察了钠-氧空气电池中Cu单原子/团簇催化OER/ORR反应过程。利用环境透射电子显微镜来研究微观空气电池系统的反应过程,可以实时观察并表征充放电过程中电池材料的形貌和结构变化。结果表明该反应发生在材料表面负载了Cu单原子/团簇的位置,并且可以实现多次充放电循环,选区电子衍射结果表明Cu作为催化剂时该过程的中间产物为六角和立方相Na2O2的混合物。
张欣雷[5]（2019）在《二维聚合物的设计、合成及其在能量转换领域中的应用研究》文中指出二维聚合物材料结构单元丰富,合成方法多样,结构灵活多变,功能易于调节,不仅可直接应用于催化、吸附、能量转换等多个领域,同时也是设计和制备高效催化剂的理想前驱体。与块状二维聚合物相比,超薄二维聚合物的优势更为突出,其更大的比表面积、更丰富的活性位点和更好的可加工性使其具备了更为广阔的应用前景。本人在攻读博士学位期间,在超薄含氮二维共轭聚合物纳米片的剥离制备,氮杂稠环共轭微孔聚合物（aza-CMP）纳米片组装薄膜的应用探究和二维配位聚合物衍生碳基电催化剂的合成等方面进行了相关工作。具体研究内容概括如下:1.开发了一种质子化辅助的液相剥离方法,成功实现了多种不同的含氮二维共轭聚合物材料（如g-C3N4,C2N,aza-CMP等）在酸性介质中的高效剥离。固体核磁氢谱研究结果和Hansen溶解度参数测试揭示了质子化在提升含氮二维共轭聚合物纳米片液相剥离效率中所起到的关键作用,即聚合物骨架中N原子的质子化在聚合物表面和周围溶剂分子之间形成了极强的氢键相互作用,从而促进了聚合物纳米片从本体向溶剂相中的剥离。分子动力模拟和第一性原理计算计算结果表明,聚合物中杂环氮位点的质子化促进了对周围溶剂分子的捕获能力,极大增加了聚合物表面与周围溶剂分子形成氢键的几率和强度,从而显着提高了液相剥离过程中的剥离效率。2.通过质子化辅助的液相剥离手段大规模制备了 aza-CMP超薄纳米片,并进一步通过真空抽滤的方式将其沉积在聚碳酸酯基膜上,制备了 aza-CMP/聚碳酸酯（PC）多功能膜。制备得到的薄膜可以实现极性/非极性溶剂的选择性透过和有机染料的选择性截留,特别对于尺寸较大的刚果红和甲基蓝染料分子有着接近100%的截留率;薄膜可在截留有机染料后通过光照降解残留染料实现自净化,使水透过性回复到较高水平,从而实现分离膜的重复利用;在作为光致驱动器使用时,aza-CMP/PC复合薄膜表现出了响应灵敏、形变量大、可逆稳定的光热驱动能力。这一研究充分利用了 aza-CMP分子的结构特性和功能特性,极大地拓展了含氮二维共轭高分子的应用范围。3.合成了一种氮杂环卡宾（NHC）-Co二维配位聚合物,并以其为单组分前驱体,制备得到了 Co元素仅以单质纳米颗粒形式存在的Co-NHC-900氧气还原反应电催化剂,该催化剂在碱性电介质中表现出了媲美铂碳催化剂的催化活性和更佳的循环稳定性。电化学实验结果和X射线吸收谱的表征证明了所制备的Co-NHC催化剂中不存在Co-N活性物种,从而确认了该催化剂的活性中心实际为外侧C-N位点。密度泛函理论计算结果证明,Co金属纳米颗粒对氧气还原反应的促进作用来自由Co纳米颗粒向外侧C-N层的电荷转移,以及由此产生的材料表面电子的重新排布和功函数的下降。
杨世鹏[6]（2018）在《复合纳米硫化物催化剂制备及催化降解有机物研究》文中指出光催化是公认的一种环境友好型高级氧化技术,从一开始致力于清洁能源开发（光解水制氢）到现在与环境保护及治理紧密结合,一直受到人们关注。光催化剂的物理化学性质决定了光催化反应的效果,根据光催化机理分析,一种优良的光催化剂需要具备吸光范围宽、化学性质稳定、无毒等优点,基于此,研究者展开了大量的研究工作,旨在开发对可见光响应能力强的光催化剂,通常采用光敏化、贵金属担载、离子掺杂、材料复合等方法,也有研究者认为纳米颗粒催化剂具有很好的纳米效应,有助于提高催化剂的光催化活性,因此,研究最多的是纳米级半导体催化剂。目前报道的光催化剂都具有良好的光催化活性,但是普遍存在以下缺陷:（1）纳米级催化剂易流失,一方面对水体造成污染,另一方面造成资源浪费;（2）无论是贵金属担载,还是光敏化,材料表面的贵金属和敏化剂很容易脱落,导致催化剂使用寿命短;（3）贵金属担载一般担载金属为金、钯、铂等贵金属,制备成本过高,不适用于大规模工业应用;（4）含重金属的光催化剂重金属溶出率高,容易造成水体重金属污染。另外,随着国家对污染物排放限制越来越严格,新的污染物控制标准增加了有毒、致畸污染物的控制指标,一般的生化处理工艺很难达到要求,特别是一些化工废水,由于水质成分复杂,有机污染物结构稳定,生化降解工艺很难使其矿化,为达到处理要求,常常使用臭氧氧化、Fenton反应等高级氧化工艺,这些工艺对难降解有机物有很好的矿化效果,但是,反应过程中产生的副产物给后续处理工艺及环境造成沉重负担,很大程度上增加了经济成本和环境成本;臭氧氧化技术和Fenton氧化技术无论是电能的损耗还是药剂消耗都相当可观,甚至出现污水处理成本高于产品生产成本,造成成本失衡,挫伤企业对废弃物治理的积极性。因此,提高环境质量,降低处理成本是目前环境保护领域亟待解决的问题,对光催化技术的深入研究也是势在必行。基于上述问题,本研究以金属硫化物为基础,就复合纳米硫化物光催化剂开展了以下研究:（1）将CdxZn1-xS半导体催化剂与软磁性材料四硫化三铁相结合,制备CdxZni-xS@Fe3S4核壳式磁性复合纳米材料,核-壳材料之间的协同作用较大地提高了半导体材料对光能的利用效率和催化降解效率,并赋予复合半导体材料以磁性,可以实现快速有效的固液分离,避免了纳米材料对环境造成二次污染,实现了催化剂的回收再利用,所制备的复合催化剂粒径均匀（7.5 nm）,吸光域宽,禁带宽度适中（2.33 eV）,饱和磁强度（35.02 emu/g）满足磁分离需要,在中性环境下300 W氙光灯照射30 min,对亚甲基蓝和苯酚都有较高的降解效率。（2）将CdxZni-xS半导体催化剂与金属有机框架材料结合,制备了CdxZni-xS@MIL-101（Cr）复合多孔催化剂,该材料是将纳米光催化剂CdxZni-xS嵌于高比表面积的多孔MIL-101（Cr）金属有机框架材料中,既克服CdxZm-xS存在的团聚、机械损失、光腐蚀等造成的流失和催化活性降低等问题,又由于其高富集能力和与 CdxZn1-xS之间的电子传递作用构成的协同作用而使催化活性大大把强,所制备的复合催化剂具有较宽的吸光域和较大的比表面积（1127 m2g-1）,对有机物有较高的降解效率。（3）结合上述两种体系的优点,将纳米半导体催化剂CdxZn1-xS颗粒嵌于含铁元素的双金属有机骨架材料MOF-Zn/Fe 的空心内腔中,制备成CdxZn1-xS@MOF-Zn/Fe纳米复合材料,赋予复合材料以良好的吸附性和可见光催化降解能力,并由于部分铁离子进入到CdxZn1-xS晶格中,大大提高了半导体光催化材料光利用效率和催化降解效率,并降低了重金属离子的溶出和催化剂的机械流失,提高了催化剂稳定性,Cd0.2Zn0.8S@MOF-Zn/Fe纳米复合材料具有较强的可见光响应能力和较大的比表面积(1734 m2g-1,在中性环境下能够有效降解有机物。（4）以制备方法简易、原料廉价易得、催化降解性能好、性能稳定、环境友好等为目标,将纳米半导体催化剂Ti02嵌入到球形花状MoS2花瓣层间,制备成MoS2/TiO2复合纳米材料,利用两种组分带隙的差异,调整复合材料的吸光范围,保留两种组分较大比表面积和均匀介孔结构的优势,进一步提高了半导体材料对光能的利用效率和催化降解效率。（5）最后比较了 Cdo.2Zn0.8S@Fe3S4、Cdo.8Zno.2S@MIL-101（Cr）、Cdo.2Zn0.8S@MOF-Zn/Fe、MoS2/TiO2四种催化剂材料的光催化活性和工业应用潜力。其中MoS2/TiO2具有较强的物理化学稳定性、光催化活性强、廉价无毒等优点,最适合大规模工业化推广应用。用MoS2/TiO2为催化剂,模拟降解实际的焦化废水二沉池出水中的有机物,催化剂使用量3 gL-1,反应环境pH值在6～9范围内,反应120min后达到降解平衡,GC/MS结果显示,原水样中61种有机物减少至23种;通过分析,TOC、CODCr和酚的去除效率分别达到63.2%、70.4%和85.8%,说明MoS2/TiO2催化剂对焦化废水中多种污染物都有较好的去除效果;以此为基础,验证了 MoS2/TiO2催化剂在多种污染物存在情况下的光催化活性,对石油烃、酸、醇、醛等有机物降解速率最大,不足以使多环芳烃矿化。据此,评价了MoS2/TiO2催化剂的工业应用价值,阐述了以MoS2/TiO2为催化剂的光催化反应体系的环境效益和经济效益。
罗二桂[7]（2019）在《掺杂型碳基氧还原电催化剂的组成与结构调控》文中进行了进一步梳理燃料电池（Fuel cells）被公认为是最有希望解决能源和环境危机的能量转化装置之一。目前,燃料电池的电极反应,尤其是氧还原反应（ORR）,高度依赖于贵金属Pt基催化剂,这一方面提高了燃料电池的价格,使催化剂占到燃料电池总成本的40-50%;另一方面,Pt基催化剂的长期稳定性较差,影响了电池的寿命。这些问题限制了燃料电池的大规模应用。因此,开发低成本、高活性、高稳定性的ORR催化剂对于燃料电池走向规模化应用具有重要意义。本论文通过理性设计,从组成与结构等角度,由廉价原料出发,采用合理可行的实验方法,制备了一系列碳基非贵金属、非金属ORR催化剂,并对其活性位点、性能、构效关系等进行了研究。具体研究内容如下:1.高活性位点密度的碳基氧还原催化剂（1）对于氮掺杂碳非金属氧还原催化剂,为提高活性位点密度,我们通过模板诱导法,选择性地制备了具有高比例的吡啶氮和吡咯氮掺杂的碳基催化剂材料。使用纳米CaCO3作为模板,利用CaCO3高温热解释放的CO2作为活化剂,在其逸出时与碳原子反应,从而产生大量暴露的边缘,促使边缘氮的掺杂。同时,硬模板效应使材料具有多级孔的三维结构。与无模板法所制备的样品相比,该催化剂在碱性介质中的ORR催化活性显着提高,半波电位达到0.853 V。该工作也为制备具有高性能、多孔碳基催化材料提供了新的思路。（2）对于ZIF衍生Fe/N/C催化剂,我们通过热解后掺Fe并二次碳化法实现了 Fe的高密度有效掺杂,同时研究了 Fe源加入的方式、比例等对催化剂活性的影响。发现:一锅法制备催化剂时,只有当Fe源用量很高时才能以水解沉淀方式实现掺杂,且产物中极易形成Fe颗粒;采用后吸附法将Fe后引入到ZIF-8中,由于排除了硝酸锌自带结晶水的影响以及微孔中Zn的占位效应,使水解问题得到有效解决,掺杂量获得大幅提升,催化剂性能有显着提高;进一步,将ZIF-8碳化后,在掺杂Fe的同时,引入尿素并进行二次碳化,足量额外的N源以及已经稳定的碳骨架更强的微孔限域效应促使了高密度Fe-Nx的形成,从而使催化剂活性进一步提高,在酸性介质中的半波电位达到0.825 V,并且具有高4e-反应选择性和出色的稳定性。2.高活性位点利用率的Fe/N/C氧还原催化剂针对Fe/N/C氧还原催化剂的传统制备方法由于结构堆积造成的性能降低问题,我们使用三聚硫氰酸作为结构诱导剂,通过原位剥离法调控了 Fe/N/C催化剂的微结构。在热解阶段,三聚硫氰酸的缩聚产生了片层的S掺杂氮化碳,进一步地由其充当牺牲模板以诱导碳纳米片的形成。同时,由于S相对较大的原子半径,-SH这一易挥发基团在离去过程中产生了剥离作用。上述过程使最终产物具有非常均匀的片层结构、高比表面积和大的孔体积。这些结构特性提高了活性位点的利用率。与使用三聚氰胺作为氮源所得到的样品相比,S掺杂的Fe/N/C催化剂的ORR活性显着提高,在酸性和碱性介质中的半波电位分别为0.76 V（vs.0.68 V）和0.87 V（vs.0.84 V）。这项工作不仅加深了我们对S对Fe/N/C催化剂性能影响机制的理解,而且还开辟了制备具有均匀片层结构碳基材料的新途径。3.新型Cr/N/C氧还原催化剂为避免Fe/N/C催化剂中由于Fe与氧还原中间产物过氧化氢产生的芬顿反应所导致的稳定性问题,我们首次制备了单原子Cr/N/C氧还原催化剂。首先通过后吸附策略将Cr引入到ZIF中使Cr在表层富集;然后通过热解形成利于ORR催化的中空结构;最终获得了 Cr以单原子形式存在的热解型催化剂。通过球差电镜和XAFS等多种表征证明嵌在碳基底中的Cr-N4是Cr/N/C催化剂的活性位点,最终催化剂在酸性介质中具有优秀的ORR催化性能,半波电位最高可以达到0.773V。更重要的是,由于该Cr/N/C催化剂芬顿反应活性仅为传统Fe/N/C催化剂的1/23,因而展现出了非常好的稳定性,加速老化测试20000圈后半波电位仅下降15mV,甚至比商业Pt/C更稳定。该工作突破了早期研究中铬酞菁对ORR几乎没有催化活性的认知,为探究新型单原子催化剂提供了依据。
张纪廷[8]（2020）在《生物质碳基氧气催化剂的制备及其锌空气电池性能研究》文中进行了进一步梳理不断增长的能源需求和日益严重的环境问题,促使人们不断追求可再生能源转换/存储技术。其中,氢燃料电池、电解水制氢和可逆锌空气电池（RZABs）是下一代清洁能源技术的理想选择。随着对上述三种技术的深入研究,人们逐渐认识到驱动这些新能源技术的关键是两个半反应,即:氧气还原反应（ORR）和氧气析出反应（OER）。然而,ORR/OER反应的缓慢动力学以及高的过电位成为新能源器件发展的瓶颈。为此,急需要研发能够提升ORR或OER反应速率的高性能氧气催化剂。尽管贵金属（如Pt、Ru和Ir）基材料因具有高效的ORR或OER催化性能而被广泛研究。但是贵金属基材料的高成本、稀缺性和低稳定性限制了它们在新能源领域的大规模应用。所以,探索低成本、高活性且性能稳定的非贵金属氧气催化剂来取代贵金属基催化剂具有重要的研究意义。在本论文中,我们采用裂解、原位还原、共沉积、静电纺丝等方法制备了多种生物质/非贵金属前驱体材料衍生的高效、低成本氧气催化剂。我们还通过STEM、EXAFS、In-situ Raman等多种表征手段对催化剂的活性位点和催化机理进行深入的分析与探讨,并进一步研究了其在锌空气电池（ZABs）中的充放电性能。具体工作如下:1、紫菜衍生的S掺杂的Fe-N-C多孔纳米片的制备及其在ORR/OER和RZABs中的应用大量的实验和密度泛函理论计算（DFT）已经证实Fe-N-C材料中的Fe-Nx结构能有效优化ORR中间体的吸附,从而使该种材料具有较好的ORR活性。但是,由于Fe-N-C材料对中间产物过强的吸附以及对最终产物O2的困难脱附导致其通常具有落后的OER性能。为此,我们利用一步裂解紫菜前驱体的方法合成了一种S自掺杂的Fe-N-C多孔纳米片,并通过STEM、EXAFS等测试手段对单原子分散的Fe-N位点进行了精细的表征。研究结果表明,相比较于传统的Fe-N-C材料,本研究制备的S掺杂Fe-N-C多孔纳米片具有以下优势:首先,紫菜细胞中的植物蛋白（富含N元素）和牛磺酸（含有S元素）的干重百分比分别高达30%和1.4%,可以在裂解的过程中产生N和S元素的自掺杂。其次,与传统的非均质Fe-N-C催化剂不同,紫菜细胞中的主要S源-牛磺酸可以通过简单的超声波辅助方法提取,使得我们可以验证S的引入对Fe-N-C的关键作用。再次,有机物在紫菜细胞中均匀分散的固有优势,也有利于形成单原子分散的活性位点。更深入的机理分析结果表明,当N原子被电负性较弱的S原子（N（3.04）>S（2.58）≈C（2.55））取代时,其O2的解吸变得非常容易,从而导致其展现出显着的OER活性。最终,受益于大量原子分散的活性位点产生的高ORR/OER活性、3D导电片状结构提升的电子/质子转移能力、大比表面积促进的活性位点暴露,我们制备的样品展现出超高的ORR活性（E1/2=0.84V）和OER性能（Ej=10=1.64V）,并具有高的稳定性。将该双功能电催化剂组装到可逆锌空气电池（RZABs）装置中并测试其电池性能,结果表明,Fe-NSDC基RZABs展现出高的功率密度（225.1 mW cm-2）和低的充放电过电位（1.00V,100 mA cm-2）,甚至优于Pt/C+RuO2基电池（180 mW cm2和1.09 V）。该紫菜衍生的双功能催化剂的新颖设计和机理分析将对今后更高效的杂原子掺杂碳基氧气催化剂的合成具有重要的指导意义。2、三维多孔核壳双功能氧气催化剂的制备及其在RZABs中的应用众所周知,NiFe合金和M-N-C（M=Ni,Fe,Co等）分别是最有前途的OER和ORR非贵金属催化剂。本研究利用一步热解伴随着有效的KOH活化路径,创新性地制备了一种超薄多孔Ni/Fe-N-C碳壳包覆NiFe合金核形成的三维互连链状双功能氧气催化剂（Ni2Fe1@PANI-KOH900）。研究结果表明,通过硼氢化钠原位还原制备的三维链状NiFe合金核不仅展现出优异的OER催化活性,还可以在随后的裂解过程中提供丰富的Fe、Ni源并与碳壳中的C、N等原子作用,从而产生高效的Ni/Fe-N-C活性位点。衍生自聚苯胺（PANI）的石墨化碳在提升Ni2Fe1@PANI-KOH900电导率的同时,也促进了催化剂的电化学稳定性。另外,在裂解的过程中巧妙加入的KOH活化剂,不仅可以降低碳壳的厚度,还能产生多孔结构以及大的比表面积,从而促进电解质的渗透和OER/ORR活性位点的暴露。最终,通过将Ni（Fe）OOH和Ni/Fe-N-C活性位点同时结合到三维多孔纳米链中,该材料表现出高效的OER和ORR催化活性、优越的长期稳定性和超低的AE。随后,以Ni2Fe1@PANI-KOH900为空气阴极催化剂组装的RZABs也表现出了比Pt/C+RuO2混合催化剂更好的可充电性能和更长的循环寿命。我们的工作为RZABs中高效、稳定的双功能氧电催化剂的合理设计提供了一条新的思路。3、大豆衍生的Fe-N-C基底与超薄NiFe-LDH的复合材料用作RZABs的高效氧气催化剂NiFe层状双氢氧化物（NiFe-LDH）纳米片因其卓越的OER催化性能而广为人知。然而,其固有的低电导率、自结块性以及缓慢的ORR催化活性,严重阻碍了它们在RZABs中的应用。在此,我们首先以生物质大豆为前驱体,采用一步热解并紧跟着有效的HNO3处理,创新性地合成了表面氧化的Fe-N-C基底。然后,利用原位共沉淀法,通过强相互作用力将超薄的NiFe-LDH 纳米薄片垂直锚定在 Fe-N-C 基底上。研究发现,大豆细胞中的 N 源-植物蛋白的千重百分比高达40%,在裂解过程中可以原位产生均匀分散的N缺陷。而N缺陷位点可以作为Nj2+和Fe3+阳离子的吸附与成核中心,并与金属离子形成强烈的相互作用（C-N-Ni-O和C-N…Fe-O）,从而促进超薄NiFe-LDH纳米片的垂直生长。另外,大豆蛋白作为N的主要来源,可以通过超声辅助法从大豆中提取出来,从而可以验证N缺陷的关键作用。随后,我们更深入的研究表明,N缺陷和强相互作用的存在以及NiFe-LDH纳米片的垂直结构极大地促进了电子/质量传输。受益于上述优势,我们的催化剂最终展示出超高的OER/ORR性能和电化学耐久性。利用该催化剂组装的RZABs即使在100 mAcm-2的高电流密度下,也展现了低的充放电电压差ΔEgap=0.74 V。该研究将对碳基材料与非贵金属复合材料的制备具有重要的启示作用。4、明胶衍生的Fe/N共掺杂碳纳米纤维的制备及其ORR和ZABs性能研究以低成本、环保可持续的生物质提取物明胶和Fe3+混合物为前驱体,通过简便、高效的静电纺丝技术和两步裂解步骤,成功制备了一种具有三维互连结构的Fe-N-C纳米纤维（Fe-GDC-CNFs）。相较于传统的催化剂,该合成方法具有制备流程简单、前驱体材料来源广泛、形貌可控等优势。除此之外,明胶中高含量的蛋白质及氨基酸经高温热解后可以直接产生高密度的N自掺杂位点。最终,受益于高Fe-Nx位点和三维互连结构之间的协同作用以及良好的导电性,Fe-GDC-CNFs 展现出优异的 ORR 催化活性（Eoset=1.05V vs.RHE 和E1/2=0.92 V vs.RHE）和稳定性。并且利用该催化剂组装的ZABs还展现出高的开路电压、稳定的放电电压和大的比容量。该天然生物质衍生的高效Fe-N-C催化剂可以使新能源器件的成本降至最低,有望在可持续能源系统领域获得大规模的应用。本文基于生物质衍生的非贵金属材料用于提升ORR和OER催化活性及稳定性的研究,希望能够对设计高效、廉价的氧催化剂提供一定的指导和借鉴。
舒淼[9]（2020）在《负载型贵金属纳米催化材料的合成、催化性能及其“构效关系”研究》文中提出随着全球经济的快速发展,人类对能源的需求也日益增大,同时也引起了环境污染等问题,而催化剂在这些方面有着很大的发展和利用价值。贵金属纳米催化剂除了起燃温度低、低温催化活性高等优点之外,还因为纳米尺寸引起的诸多催化优异性被广泛地研究。影响贵金属纳米催化剂催化性能的因素不仅包括活性金属的种类、尺寸和价态,以及载体的类型、形貌和晶型等,还有金属-载体之间的相互作用,活性金属的局域结构等众多因素。因此,弄清楚负载型贵金属纳米催化剂在不同催化反应中的影响因素和“构效关系”,对催化剂的前期设计和合成,以及工业生产具有重要的指导意义。本论文采用常规简单的制备方法在惰性载体上负载单元素贵金属,以及在还原性载体上负载了双元素金属。通过调节反应的不同条件,以及调控不同金属的尺寸和形貌,并进一步地系统研究了贵金属催化剂的纳米结构与催化反应性能之间的直接“构效关系”。本论文相关的研究结果如下:（1）研究了催化剂本身因素（前驱体,载体,负载量）,合成方法（沉积-沉淀法,浸渍法）,过渡金属的掺杂,以及反应环境（还原温度,空速）等一系列因素对乙炔选择性加氢反应的催化性能的影响。结果表明,以K2PdCl4为前驱体,通过沉积-沉淀法制备的0.1Pd/SiC催化剂在500?C预还原一个小时后,反应空速为4,8000 mL/g·h时,该催化剂表现出最优的催化性能（98%的乙炔转化率,78%的乙烯选择性）,还具有良好的稳定性。（2）采用等体积初始浸渍法合成一系列的铂基催化剂,研究铂元素的负载量（0.1,0.5,1,5 wt.%）和不同载体（碳化硅、氮化硅、二氧化硅、活性炭和二氧化铈等）的影响,利用高分辨透射电子显微镜（HRTEM）和X射线衍射（XRD）等技术证实铂负载量的增加会导致铂纳米颗粒的尺寸逐渐增大。催化性能评价结果发现,在碳化硅负载的催化剂的2-丁炔-1,4-二醇转化率随着铂纳米颗粒尺寸的增加而减弱,但2-丁烯-1,4-二醇选择性与颗粒尺寸呈现“火山型”关系。利用XRD和HRTEM表征技术证明了铂纳米颗粒的尺寸在反应前后没有明显的变化,说明碳化硅负载的铂金属纳米催化剂有着良好的水热稳定性。X射线吸收近边结构（XANES）谱结果表明反应前阳离子态的铂物种在反应过程中转变为还原态。扩展边X射线吸收精细结构（EXAFS）拟合结果和氢气程序升温还原（H2-TPR）说明了铂纳米颗粒与载体之间没有形成明显的相互作用。最后,利用HRTEM,XANES和EXAFS共同表征,进一步指认了丁炔二醇选择性加氢的活性物种是2-3 nm金属态的铂纳米颗粒。（3）为了研究过渡金属对贵金属纳米催化剂结构的影响,先用水热法合成了纳米棒状的二氧化铈作为载体,沉淀剂选用碳酸氢钠,合成方法采用沉积-沉淀法,将金和镍负载到二氧化铈纳米棒上,调控镍的掺入量,合成金-镍双金属纳米催化剂。利用XRD和扫描透射电子显微镜-能谱仪（STEM-EDS）证实了反应前的金和镍均匀分散在二氧化铈表面,表明了镍的掺入能够有效的抑制Au元素在一氧化碳氧化反应过程中发生团聚现象。X射线光电子能谱（XPS）表明镍元素无论反应前后主要是以二价镍存在,而金元素在反应前以氧化态存在,一氧化碳和水气变换反应后主要以还原态存在。此外,催化性能研究发现,镍的掺入不利于催化剂的一氧化碳氧化反应活性,但是却有利于水气变换反应。结合XANES和EXAFS技术,证实了离子态的Au?+物种有利于WGS反应,而金属态的Au0物种促进CO氧化反应。XANES结果表明镍的负载量增加提升了离子态Au?+物种的数量,这说明Ni的主要贡献是调控了金物种的电子结构,从而影响了催化剂的催化活性。综上所述,本论文的研究对象为负载型贵金属纳米催化剂,探明了碳化硅负载钯基催化剂的最佳制备条件和反应条件,指认了碳化硅负载的铂基催化剂在2-丁炔-1,4-二醇选择性加氢反应中的“构效关系”和活性物种,以及明确了镍金属对氧化铈负载的金基催化剂的掺杂影响和在一氧化碳氧化和水气变换反应中的“构效关系”。这些研究结构不仅有助于我们拓展碳化硅材料负载的贵金属纳米催化剂在选择性加氢反应中的应用,还有助于我们进一步理解过渡金属在贵金属纳米催化剂的电子结构及其对催化性能的影响。
黄亮[10]（2019）在《纳米材料原子调控增强催化性能》文中进行了进一步梳理加快发展可持续新能源技术是代替传统化石能源和缓解环境恶化的最主要的途径。而催化剂是能源转化中的最关键组成部分,只有高效、稳定和价格低廉的才能走出实验室,广泛应用到实际生产和生活中。大多数阳极和阴极电催化反应都涉及到多步电子和质子转移的基元反应,中间体的吸附和解离过程不仅减缓了催化反应动力学速率,而且反应能垒的叠加使得催化反应需要额外的过电势来克服动力学反应能垒,消耗了更多的能源。因此,高活性催化剂对于降低反应过电势、提高催化反应效率和推动新能源技术的发展都至关重要。在异相催化反应中,原子是纳米催化剂的基本组成单元和本征活性中心。所以,结合催化反应机理,从原子级水平出发去理解纳米材料原子活性位点（原子晶面、结构和配位）的作用机制,是自下而上设计高性能催化剂结构的最直接和有效途径。本论文主要以能源转换技术中的重要电催化反应为研究背景,以具有本征催化活性的过渡金属材料为研究对象,结合多重纳米结构表面原子级调控策略,设计原子结构明确的纳米催化剂以完成阳极和阴极反应的高效催化。本论文旨在通过热力学和动力学控制实现纳米催化剂的原子组成、表面晶面和配位结构的可控合成,并运用STEM、XAS和DFT等技术解析催化剂的局域电子结构和本征催化活性变化,据此为不同纳米材料的表界面催化活性和反应机理研究提供思路。本论文的研究内容包括以下三个方面:1.过渡金属原子协同效应与晶面效应对MOR的催化增强研究。在本章节中,作者通过晶面选择性调控机制可控合成了一系列具有明确组成和晶面的Pt基合金纳米材料,并通过系统的光谱和电化学表征对比研究了纳米材料元素组成和原子晶面与MOR活性的关系。以商品化PtRu/C催化剂为模型,作者首次通过水热法合成了具有均一{111}和{100}晶面的PtRu单晶纳米粒子,并证明纳米PtRu{111}晶面具有超过{100}晶面2倍的本征MOR活性。此外,为进一步提升Pt催化剂的MOR性能,作者可控合成了具有{520}高指数晶面的PtPb凹纳米立方催化剂,该催化剂表面结合了主族元素PtPb金属间化合物结构以及高指数晶面的高能表面优势,展现出远高于PtRu合金的MOR比活性。本章工作通过双金属原子协同效应与晶面效应合理的优化了 Pt的电子和配位结构,极大地增强了 Pt原子的MOR本征催化活性。2.纳米材料的空间构型对ORR电催化活性的影响研究。在本章节中,作者通过模板法分别合成了三维枝状多孔贵金属纳米材料和二维片状非贵金属纳米材料,并深入研究了贵金属和非贵金属作为ORR催化剂的应用前景。首先,作者通过双表面活性剂辅助软模板对纳米粒子的热力学和动力学调控作用,合成了具有枝状介孔结构的AuPdPt合金纳米粒子。相较于实心结构的纳米粒子,多孔结构能够有效提高催化剂的比表面积和Pt原子利用率,从而显着提升催化剂的ORR活性。此外,作者首次采用盐模板法合成了二维MOF纳米片前体,并最终得到了超薄二维碳限域的Co-N-C催化剂。由于Co-N-C的二维空间限域作用和Co-Nx活性位点,该催化剂在碱性电解质中展现出高于Pt/C催化剂的ORR性能。据此,本章工作证实了催化剂的空间结构对于表面有效活性位点和电催化活性有重要影响,并为纳米材料的结构设计和优化提供了新的思路和方法。3.单原子中心配位结构对类酶和OER催化的影响研究。在本章节中,作者分别以具有原子级分散活性中心的单原子催化剂和MOF作为模型催化剂,通过STEM和XAS表征了催化剂的原子和电子结构,并结合理论分析研究了中心金属原子和配位结构对催化反应的协同作用机制。作者提出了一类单原子纳米酶的概念,通过模拟天然氧化还原酶的活性中心结构,以自下而上的策略合成了具有FeN5活性位点的Fe单原子催化剂。动力学实验研究和DFT计算表明该催化剂具有接近于天然酶的氧化酶活性和催化反应机理,其催化速率常数比Pt/C高出70倍以上。这类具有更高类酶活性的单原子催化剂被定义为单原子纳米酶。此外,作者提出了一种自解离-组装MOF阵列合成策略,合成了基于金属基底的超薄Co9Ni1-MOF纳米片阵列。该MOF催化剂具有超高的OER催化活性和稳定性,随后由XAS光谱解析了其OER本征活性来源于MOF表面配位不饱和的CoO5和NiO5位点。因此,本章工作通过单原子催化剂和MOF纳米材料证明,中心原子和配位结构决定了催化剂的本征催化性质。从原子结构出发,为高活性纳米催化剂和原子级催化剂的合理设计与机理分析提供了最有效的研究思路。
二、催化剂的高分辨电子显微镜研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、催化剂的高分辨电子显微镜研究（论文提纲范文）
（1）低维无机材料表界面化学调控及氧电催化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 氧电化学概述 |
| 1.2.1 氢循环经济 |
| 1.2.2 氧电化学机理 |
| 1.2.3 电催化析氧反应 |
| 1.2.4 电催化氧还原反应 |
| 1.3 低维无机材料在电化学中应用 |
| 1.3.1 零维无机催化材料 |
| 1.3.2 一维无机催化材料 |
| 1.3.3 二维无机催化材料 |
| 1.4 表界面化学调控在催化反应中应用 |
| 1.4.1 配位数重构 |
| 1.4.2 表面重组 |
| 1.4.3 核壳式结构 |
| 1.4.4 原子掺杂 |
| 1.4.5 配体修饰 |
| 1.5 本文选题与内容 |
| 参考文献 |
| 第2章 表面重组低维钴磷化合物实现高效电催化析氧反应性能 |
| 2.1 电解水析氧反应催化剂现状 |
| 2.2 研究背景与思路 |
| 2.3 实验步骤 |
| 2.3.1 样品合成 |
| 2.3.2 材料表征 |
| 2.3.3 电化学测试 |
| 2.4 结果与讨论 |
| 2.4.1 材料结构表征 |
| 2.4.2 电催化性能测试 |
| 2.4.3 机理分析 |
| 2.4.4 实验延展 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第3章 表面配位数调控多孔铂纳米片实现高效氧还原催化反应性能 |
| 3.1 氧还原反应贵金属催化剂现状 |
| 3.2 研究背景及思路 |
| 3.3 实验步骤 |
| 3.3.1 样品合成 |
| 3.3.2 材料表征 |
| 3.3.3 电化学测试 |
| 3.3.4 燃料电池测试 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.4.1 材料结构表征 |
| 3.4.2 电催化性能测试 |
| 3.4.3 燃料电池组装 |
| 3.4.4 机理分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第4章 多孔碳纳米片界面复合锰氧化合物实现高效的电催化氧还原反应性能 |
| 4.1 氧还原反应非贵金属催化剂现状 |
| 4.2 研究背景及意义 |
| 4.3 实验步骤 |
| 4.3.1 样品合成 |
| 4.3.2 材料表征 |
| 4.3.3 电化学测试 |
| 4.4 结果与讨论 |
| 4.4.1 材料结构表征 |
| 4.4.2 电催化性能表征 |
| 4.4.3 机理分析 |
| 4.4.4 计算模拟 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 论文特色与创新点 |
| 5.2 工作展望 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文与所获奖项 |
| 致谢 |
（2）过渡金属硫化物、碳化物的结构构建与催化氧还原机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 燃料电池概述 |
| 1.3 质子交换膜燃料电池概述 |
| 1.4 低铂和非铂燃料电池氧还原催化剂 |
| 1.4.1 传统铂基催化剂及其载量要求 |
| 1.4.2 铂合金、核壳结构铂催化剂 |
| 1.4.3 非铂过渡金属氧化物、碳化物、氮化物、硫化物氧还原催化剂 |
| 1.5 催化剂载体的研究 |
| 1.6 论文选题依据和主要研究内容 |
| 第二章 实验方法 |
| 2.1 实验试剂及仪器 |
| 2.2 催化剂结构和物理性能表征 |
| 2.2.1 X-射线粉末衍射(XRD) |
| 2.2.2 拉曼光谱(Raman) |
| 2.2.3 扫描电子显微镜(SEM) |
| 2.2.4 透射电子显微镜(TEM) |
| 2.2.5 X-射线光电子能谱(XPS) |
| 2.3 电化学测试 |
| 2.3.1 三电极体系 |
| 2.3.2 催化剂的电化学性能测试及反应机理研究 |
| 2.4 理论计算 |
| 第三章 FeS_2@rGO与FeS@rGO氧还原催化剂的制备及性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 FeS_2@rGO与FeS@rGO的制备 |
| 3.2.1 氧化石墨烯的制备 |
| 3.2.2 FeS@rGO和FeS的制备 |
| 3.2.3 FeS_2@rGO和FeS_2的制备 |
| 3.3 FeS_2@rGO与FeS@rGO的结构与形貌表征 |
| 3.3.1 FeS_2@rGO与FeS@rGO的XRD测试 |
| 3.3.2 FeS_2@rGO与FeS@rGO的Raman测试 |
| 3.3.3 FeS_2@rGO与FeS@rGO的SEM和TEM测试 |
| 3.3.4 FeS_2@rGO与FeS@rGO的XPS测试 |
| 3.4 FeS_2@rGO与FeS@rGO催化氧还原的性能和机理研究 |
| 3.4.1 FeS_2@rGO与FeS@rGO催化氧还原的性能研究 |
| 3.4.2 FeS_2@rGO与FeS@rGO催化氧还原的反应机理研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 碘钠热原位合成TiC@CNT氧还原催化剂的制备及性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 TiC@CNT的制备 |
| 4.3 TiC@CNT的结构与形貌表征 |
| 4.3.1 TiC@CNT的XRD测试 |
| 4.3.2 TiC@CNT的Raman测试 |
| 4.3.3 TiC@CNT的SEM和TEM测试 |
| 4.3.4 TiC@CNT的XPS测试 |
| 4.3.5 TiC@CNT的BET测试 |
| 4.4 TiC@CNT的氧还原性能和机理研究 |
| 4.4.1 TiC@CNT在 0.1 M KOH中的氧还原性能和机理研究 |
| 4.4.2 TiC@CNT在 0.5 M H_2SO_4中的氧还原性能和机理研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 MOFs衍生的N掺杂CoC_x/FeCo@C/rGO氧还原催化剂的制备及性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 N掺杂CoC_x/FeCo@C/rGO的制备 |
| 5.3 N掺杂CoC_x/FeCo@C/rGO的结构与形貌表征 |
| 5.3.1 N掺杂CoC_x/FeCo@C/rGO的XRD测试 |
| 5.3.2 N掺杂CoC_x/FeCo@C/rGO的Raman测试 |
| 5.3.3 N掺杂CoC_x/FeCo@C/rGO的SEM和TEM测试 |
| 5.3.4 N掺杂CoC_x/FeCo@C/rGO的XPS测试 |
| 5.3.5 N掺杂CoC_x/FeCo@C/rGO的BET测试 |
| 5.4 N掺杂CoC_x/FeCo@C/rGO的氧还原性能和机理研究 |
| 5.4.1 N掺杂CoC_x/FeCo@C/rGO的氧还原性能研究 |
| 5.4.2 N掺杂CoC_x/FeCo@C/rGO的氧还原机理研究 |
| 5.5 N掺杂CoC_x/FeCo@C/rGO的DFT计算及其催化活性位点研究 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 |
（3）纳米能源材料透射电子显微学研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 纳米能源材料 |
| 1.2.1 锂离子电池纳米电极材料 |
| 1.2.2 燃料电池氧还原反应纳米催化剂材料 |
| 1.2.3 金属-空气电池析氧反应纳米催化剂材料 |
| 1.3 纳米能源材料透射电子显微学研究现状 |
| 1.3.1 锂离子电池纳米电极材料工作原理和失效机制研究 |
| 1.3.2 纳米催化剂材料衰退机制研究 |
| 1.3.3 纳米能源材料生长机制研究 |
| 1.4 论文选题意义和研究内容 |
| 第二章 透射电子显微学 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 透射电子显微镜结构和成像原理 |
| 2.3 透射电子显微学表征手段和分析方法 |
| 2.3.1 明场像和暗场像 |
| 2.3.2 高分辨透射电子像 |
| 2.3.3 电子衍射像 |
| 2.3.4 扫描透射电镜电子显微像 |
| 2.3.5 X射线能谱 |
| 2.3.6 电子能量损失谱 |
| 2.4 原位透射电子显微技术 |
| 2.5 基于透射电子显微学的化学元素敏感的三维重构技术 |
| 第三章 锂离子电池黑磷电极失效机理原位TEM研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验方法 |
| 3.2.1 黑磷纳米片的制备 |
| 3.2.2 原位实验平台搭建 |
| 3.3 实验结果与讨论 |
| 3.3.1 首次嵌锂过程黑磷纳米片的各向异性尺寸膨胀 |
| 3.3.2 首次嵌锂过程黑磷纳米片的形貌演变 |
| 3.3.3 首次循环过程中黑磷纳米片的微结构演变 |
| 3.3.4 首次循环过程黑磷纳米片的相位变化 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 MoO_3纳米带电化学行为原位TEM研究 |
| 4.1 MoO_3纳米带嵌锂/脱锂电化学行为原位TEM研究 |
| 4.1.1 引言 |
| 4.1.2 实验方法 |
| 4.1.3 实验结果与讨论 |
| 4.1.4 本节小结 |
| 4.2 MoO_3纳米带嵌钠/脱钠电化学行为原位TEM研究 |
| 4.2.1 引言 |
| 4.2.2 实验方法 |
| 4.2.3 实验结果与讨论 |
| 4.2.4 本节小结 |
| 第五章 Pd Fe@Pt纳米催化剂衰退机制化学元素敏感的三维重构TEM研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验方法 |
| 5.2.1 PdFe@Pt/C纳米催化剂制备及表征 |
| 5.2.2 电化学测试 |
| 5.2.3 数据采集及化学元素敏感的三维重建 |
| 5.2.4 理论计算方法 |
| 5.2.5 基于化学元素敏感的三维重构数据的其它计算 |
| 5.3 实验结果与讨论 |
| 5.3.1 电化学循环前后PdFe@Pt催化剂在三维空间内的形貌演变 |
| 5.3.2 电化学循环前后Pt层的演变及其对催化剂结构的影响 |
| 5.3.3 电化学循环中Pd层厚度的演变 |
| 5.3.4 Fe离域去合金化的理论解释 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 双金属氧化物生长机制原位TEM和化学元素敏感的三维重构TEM研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验方法 |
| 6.2.1 Ni-Fe/CNT的制备 |
| 6.2.2 空气中Ni-Fe/CNT的非原位氧化 |
| 6.2.3 ETEM中 Ni-Fe/CNT的原位氧化 |
| 6.2.4 ADF-STEM和 EDS化学元素敏感的三维重构 |
| 6.2.5 理论计算方法 |
| 6.3 实验结果与讨论 |
| 6.3.1 氧化前后Fe-Ni颗粒重构 |
| 6.3.2 不同形貌氧化物形成机理原位ETEM研究 |
| 6.3.3 组分和尺寸依赖的统计分析 |
| 6.3.4 表面氧化层应力断裂理论模型 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结和展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表论文及获得奖励 |
| 致谢 |
（4）过渡金属硫化物的光电催化性质的界面效应研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.1.1 国内外研究现状和发展态势 |
| 1.1.2 水分解的反应路径 |
| 1.1.3 催化剂的结构类型 |
| 1.2 局域表面等离子体效应 |
| 1.2.1 表面等离子体效应的三种作用机制 |
| 1.2.2 如何设计具有特定性质的材料 |
| 1.3 电子能量损失谱 |
| 1.3.1 EELS相对于EDS的优点 |
| 1.3.2 能量区间对应的样品信息 |
| 1.3.3 采集数据时需要考虑的因素 |
| 1.3.4 单色器的简单介绍 |
| 1.4 低能电子能量损失谱 |
| 1.4.1 低能电子损失谱的基本概念 |
| 1.4.2 低能电子损失谱的处理方法 |
| 1.4.3 介电常数的确定 |
| 1.4.4 等离子体峰 |
| 1.5 论文的创新点和结构安排 |
| 1.5.1 本文的主要贡献与创新 |
| 1.5.2 本论文的结构安排 |
| 第二章 实验方法 |
| 2.1 样品制备 |
| 2.1.1 Au与Ni_3S_2核壳结构纳米颗粒 |
| 2.1.2 Au与CoS_x核壳结构纳米颗粒 |
| 2.1.3 ZnS(en)_(0.5)与CuS复合结构纳米带 |
| 2.1.4 CuS微米线 |
| 2.2 结构表征 |
| 2.2.1 X射线粉末衍射仪 |
| 2.2.2 扫描电子显微镜 |
| 2.2.3 紫外可见吸收光谱仪 |
| 2.2.4 透射电子显微镜 |
| 2.2.5 能谱分析仪器 |
| 2.2.6 电子能量损失谱 |
| 2.3 电化学测试 |
| 第三章 Au与Ni_3S_2核壳结构纳米颗粒电催化性质研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验结果与讨论 |
| 3.2.1 结构表征 |
| 3.2.2 电化学测试结果分析 |
| 3.2.3 EELS表征和FEM模拟分析 |
| 3.2.4 反应后的结构表征分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 Au与CoS_x核壳结构纳米颗粒电催化性质研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 Au与CoS_x核壳结构表征 |
| 4.3 电化学测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 ZnS与CuS复合结构纳米带的电催化性质研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 结构表征 |
| 5.2.1 离子置换前ZnS(en)_(0.5)结构表征 |
| 5.2.2 离子置换后ZnS(en)_(0.5)与CuS复合结构表征 |
| 5.3 ZnS(en)_(0.5)与CuS复合结构纳米带电化学测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 原位研究CuS钠氧空气电池的OER与ORR过程 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 原位电镜研究方法 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 全文总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（5）二维聚合物的设计、合成及其在能量转换领域中的应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 二维聚合物概述 |
| 1.2 二维聚合物的制备方法 |
| 1.2.1 自上而下法制备二维聚合物 |
| 1.2.2 自下而上法制备二维聚合物 |
| 1.3 二维聚合物在能量转换领域的应用 |
| 1.3.1 二维聚合物在电催化领域的应用 |
| 1.3.2 二维聚合物在光催化领域的应用 |
| 1.3.3 二维聚合物在光电催化领域的应用 |
| 1.3.4 二维聚合物在光伏领域的应用 |
| 1.3.5 二维聚合物在光热转换领域的应用 |
| 1.4 本论文的选题思路和主要研究内容 |
| 参考文献 |
| 第2章 质子化辅助的含氮二维共轭聚合物纳米片的剥离及机理研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 实验药品 |
| 2.2.2 含氮二维共轭聚合物的合成 |
| 2.2.3 含氮二维共轭聚合物纳米片的制备 |
| 2.2.4 质子化含氮二维共轭聚合物块状材料的制备 |
| 2.2.5 含氮二维共轭聚合物块状材料与超薄纳米片的形貌与结构表征 |
| 2.2.6 Hansen溶解度参数测试 |
| 2.2.7 样品的光电流响应性测试 |
| 2.2.8 样品的光催化测试 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 含氮二维共轭聚合物纳米片的物性分析 |
| 2.3.2 材料质子化位点的确认 |
| 2.3.3 质子化在剥离过程中的作用探究 |
| 2.3.4 二维聚合物纳米片的光催化性能测试 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第3章 基于aza-CMP纳米片的多功能膜制备与应用研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验药品 |
| 3.2.2 Aza-CMP的合成 |
| 3.2.3 超薄aza-CMP纳米片的制备 |
| 3.2.4 基于aza-CMP超薄纳米片的多功能膜制备 |
| 3.2.5 aza-CMP超薄纳米片与多功能膜的形貌与结构表征 |
| 3.2.6 样品的过滤分离性能测试 |
| 3.2.7 样品的光催化有机染料降解实验 |
| 3.2.8 样品的光热转换性能及光热驱动性能测试 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 aza-CMP超薄纳米片及多功能膜的物性分析 |
| 3.3.2 aza-CMP薄膜的过滤分离性能分析 |
| 3.3.3 aza-CMP薄膜的光催化自净性能分析 |
| 3.3.4 aza-CMP薄膜的光热转换性能及光热响应驱动器性能分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第4章 负载钴金属纳米颗粒的氮掺杂碳二维纳米片的制备及其氧还原催化性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 实验药品 |
| 4.2.2 前驱体的合成 |
| 4.2.3 碳基电催化剂的合成 |
| 4.2.4 配位聚合物和碳基电催化剂的形貌与结构表征 |
| 4.2.5 样品的电催化性能测试 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 配位聚合物和碳基电催化剂的物性分析 |
| 4.3.2 Co-NHC-900催化剂的电催化性能研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（6）复合纳米硫化物催化剂制备及催化降解有机物研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 光催化技术起源与发展 |
| 1.1.2 光催化技术研究的意义 |
| 1.2 光催化技术研究现状 |
| 1.2.1 光催化剂的类型 |
| 1.2.2 光催化技术的应用 |
| 1.2.3 光催化研究的热点 |
| 1.2.3.1 光催化剂设计与合成的研究 |
| 1.2.3.2 光催化制氢的研究 |
| 1.2.3.3 光催化降解有机污染物研究 |
| 1.3 难降解废水深度处理现状 |
| 1.4 现有研究存在的不足 |
| 1.5 本研究的意义与价值 |
| 1.6 研究目标及内容 |
| 1.7 技术路线 |
| 2 Cd_xZn_(1-x)S@Fe_3S_4磁性纳米光催化剂的制备及光催化性能研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验方法和步骤 |
| 2.2.1 试剂 |
| 2.2.2 合成Fe_3S_4纳米颗粒 |
| 2.2.3 合成Cd_xZn_(1-x)S@Fe_3S_4磁性纳米光催化剂 |
| 2.2.4 特性表征 |
| 2.2.5 降解亚甲基蓝实验 |
| 2.2.6 降解苯酚实验 |
| 2.3 实验结果与讨论 |
| 2.3.1 材料特性表征 |
| 2.3.2 光催化降解实验 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 Cd_xZn_(1-x)S@MIL-101(Cr)复合催化剂的制备及光催化性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验方法和步骤 |
| 3.2.1 试剂 |
| 3.2.2 MIL-101(Cr)的合成 |
| 3.2.3 复合催化剂Cd_xZn_(1-x)S@MIL-101(Cr)的合成 |
| 3.2.4 特性表征 |
| 3.2.5 亚甲基蓝催化降解实验 |
| 3.2.6 苯酚催化降解实验 |
| 3.3 实验结果与讨论 |
| 3.3.1 材料特性表征 |
| 3.3.2 光催化降解实验 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 Cd_xZn_(1-x)S-空心双金属有机框架复合材料的制备及光催化性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验方法和步骤 |
| 4.2.1 试剂 |
| 4.2.2 纳米Cd_xZn_(1-x)S颗粒的制备 |
| 4.2.3 双金属有机框架材料MOF-Zn/Fe的合成 |
| 4.2.4 空心Cd_xZn_(1-x)S@MOF-Zn/Fe复合催化剂的合成 |
| 4.2.5 特性表征 |
| 4.2.6 光催化降解亚甲基蓝实验 |
| 4.2.7 光催化降解苯酚实验 |
| 4.3 实验结果与讨论 |
| 4.3.1 材料特性表征 |
| 4.3.2 光催化降解实验 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 纳米二氧化钛在纳米花状二硫化钼上的负载及光催化性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验方法和步骤 |
| 5.2.1 试剂 |
| 5.2.2 纳米二氧化钛颗粒的制备 |
| 5.2.3 MoS_2的制备 |
| 5.2.4 纳米MoS_2/TiO_2复合催化剂的制备 |
| 5.2.5 特性表征 |
| 5.2.6 光催化降解亚甲基蓝实验 |
| 5.2.7 光催化降解苯酚实验 |
| 5.3 实验结果与讨论 |
| 5.3.1 材料特性表征 |
| 5.3.2 光催化降解性能 |
| 5.4 催化剂性能比较 |
| 5.4.1 实验方法 |
| 5.4.2 光催化降解效率比较 |
| 5.4.3 光催化剂工业应用潜力比较 |
| 5.4.4 最佳催化剂确定 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 可见光催化技术在焦化废水深度处理中的应用研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验方法和步骤 |
| 6.2.1 试剂 |
| 6.2.2 焦化废水来源 |
| 6.2.3 焦化废水水样水质分析 |
| 6.2.4 深度处理焦化废水实验 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 焦化废水水样水质分析 |
| 6.3.2 光催化降解实验 |
| 6.3.3 工业应用潜力分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（7）掺杂型碳基氧还原电催化剂的组成与结构调控（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 质子交换膜燃料电池 |
| 1.3 阴极氧还原反应机理及催化剂 |
| 1.3.1 氧还原反应机理 |
| 1.3.2 氧还原反应催化剂 |
| 1.4 氮掺杂碳催化剂 |
| 1.5 M/N/C催化剂 |
| 1.5.1 M/N/C催化剂活性位点探究 |
| 1.5.2 M/N/C催化剂制备及其调控因子 |
| 1.5.3 Fe/N/C催化剂在酸性介质中的稳定性问题 |
| 1.6 本论文的立题思想与研究内容 |
| 第2章 高活性位点密度氮掺杂碳基氧还原催化剂 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 药品 |
| 2.2.2 催化剂的制备 |
| 2.2.3 物理表征 |
| 2.2.4 电化学表征 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.4 结论 |
| 第3章 高活性位点密度的ZIF衍生Fe/N/C氧还原催化剂 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 药品 |
| 3.2.2 催化剂的制备 |
| 3.2.3 物理表征 |
| 3.2.4 电化学测试 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.4 结论 |
| 第4章 高活性位点利用率的Fe/N/C氧还原催化剂 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 药品 |
| 4.2.2 催化剂的制备 |
| 4.2.3 物理表征 |
| 4.2.4 电化学测试 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.4 结论 |
| 第5章 新型单原子Cr/N/C氧还原催化剂 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 药品 |
| 5.2.2 催化剂的制备 |
| 5.2.3 物理表征 |
| 5.2.4 电化学表征 |
| 5.2.5 芬顿反应活性测试 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.4 结论 |
| 第6章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（8）生物质碳基氧气催化剂的制备及其锌空气电池性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 ORR反应机理及常用催化剂 |
| 1.2.1 氢燃料电池的基本原理 |
| 1.2.2 ORR反应催化机理 |
| 1.2.3 ORR催化剂的研究进展及存在问题 |
| 1.3 OER反应原理及常用催化剂 |
| 1.3.1 电解水制氢的基本原理 |
| 1.3.2 OER反应催化机理 |
| 1.3.3 OER催化剂的研究进展及存在问题 |
| 1.4 RZABs基本原理及常用双功能氧气催化剂 |
| 1.4.1 RZABs的基本原理 |
| 1.4.2 ORR和OER双功能催化剂在RZABs中的关键作用 |
| 1.4.3 RZABs氧气催化剂的研究进展及存在问题 |
| 1.5 本论文的主要内容与创新点 |
| 第二章 紫菜衍生的S掺杂的Fe-N-C多孔纳米片的制备及其在ORR/OER和RZABs中的应用 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验试剂与仪器 |
| 2.2.1 实验试剂和原料 |
| 2.2.2 实验仪器 |
| 2.2.3 材料表征及电化学测试仪器 |
| 2.3 实验部分 |
| 2.3.1 Fe-NSDC多孔纳米片的合成 |
| 2.3.2 样品表征 |
| 2.3.3 ORR和OER电催化性能测试 |
| 2.3.4 RZABs的组装及性能测试 |
| 2.3.5 全固态ZABs的组装及电池测试 |
| 2.4 结果分析与讨论 |
| 2.4.1 Fe-NSDC多孔纳米片样品形貌结构和组分分析 |
| 2.4.2 Fe-NSDC多孔纳米片催化剂的ORR电催化性能表征 |
| 2.4.3 Fe-NSDC多孔纳米片催化剂的OER电催化性能表征 |
| 2.4.4 RZABs及全固态ZABs性能测试表征 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 三维多孔核壳双功能氧气催化剂的制备及其在RZABs中的应用 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验试剂与仪器 |
| 3.2.1 实验试剂和原料 |
| 3.2.2 实验仪器 |
| 3.2.3 材料表征及电化学测试仪器 |
| 3.3 实验部分 |
| 3.3.1 Ni_2Fe_1@PANI-KOH900的合成 |
| 3.3.2 样品表征 |
| 3.3.3 ORR和OER电催化性能测试 |
| 3.3.4 RZABs的组装及性能测试 |
| 3.3.5 全固态ZABs的组装及性能测试 |
| 3.4 结果分析与讨论 |
| 3.4.1 Ni_2Fe_1@PANI-KOH900的形貌结构和组分分析 |
| 3.4.2 Ni_2Fe_1@PANI-KOH900的OER电催化性能表征 |
| 3.4.3 Ni_2Fe_1@PANI-KOH900的ORR电催化性能表征 |
| 3.4.4 RZABs及全固态ZABs性能测试表征 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 大豆衍生的Fe-N-C基底与超薄NiFe-LDH的复合材料用作RZABs的高效氧气催化剂 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验试剂与仪器 |
| 4.2.1 实验试剂和原料 |
| 4.2.2 实验仪器 |
| 4.2.3 材料表征及电化学测试仪器 |
| 4.3 实验部分 |
| 4.3.1 NiFe-LDH/FeSoy-CNSs-A的合成 |
| 4.3.2 样品表征 |
| 4.3.3 ORR和OER电催化性能测试 |
| 4.3.4 RZABs的组装及性能测试 |
| 4.4 结果分析与讨论 |
| 4.4.1 NiFe-LDH/FeSoy-CNSs-A样品形貌结构和组分分析 |
| 4.4.2 NiFe-LDH/FeSoy-CNSs-A催化剂的OER电催化性能表征 |
| 4.4.3 NiFe-LDH/FeSoy-CNSs-A催化剂的ORR电催化性能表征 |
| 4.4.4 RZABs性能测试表征 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 明胶衍生的Fe/N共掺杂碳纳米纤维的制备及其ORR和ZABs性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验试剂与仪器 |
| 5.2.1 实验试剂和原料 |
| 5.2.2 实验仪器 |
| 5.2.3 材料表征及电化学测试仪器 |
| 5.3 实验部分 |
| 5.3.1 Fe-GNC-CNFs纳米纤维的合成 |
| 5.3.2 样品表征 |
| 5.3.3 ORR电催化性能测试 |
| 5.3.4 ZABs性能测试 |
| 5.4 结果分析与讨论 |
| 5.4.1 Fe-GNC-CNFs纳米纤维样品形貌结构和组分分析 |
| 5.4.2 Fe-GNC-CNFs催化剂的ORR电催化性能表征 |
| 5.4.3 ZABs的组装及性能测试表征 |
| 5.5 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间发表的论文 |
| 致谢 |
（9）负载型贵金属纳米催化材料的合成、催化性能及其“构效关系”研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 纳米催化剂的特性 |
| 1.1.1 表面效应 |
| 1.1.2 体积效应 |
| 1.1.3 量子尺寸效应 |
| 1.1.4 金属-载体相互作用 |
| 1.2 金属纳米催化剂分类 |
| 1.2.1 单金属纳米催化剂 |
| 1.2.2 双金属纳米催化剂 |
| 1.2.3 多金属纳米催化剂 |
| 1.3 负载型金属纳米催化剂的常见制备方法 |
| 1.3.1 沉淀法(Deposition) |
| 1.3.2 浸渍法(Impregnation) |
| 1.3.3 溶胶-凝胶法(Sol-Gel) |
| 1.3.4 原子层沉积法(Atomiclayer Deposition,ALD) |
| 1.3.5 其他方法 |
| 1.4 负载型金属纳米催化剂的性能影响因素 |
| 1.4.1 活性金属的影响 |
| 1.4.2 助剂的影响 |
| 1.4.3 载体的影响 |
| 1.5 负载型贵金属纳米催化剂的“构效关系” |
| 1.5.1 钯纳米催化剂的“构效关系” |
| 1.5.2 铂纳米催化剂的“构效关系” |
| 1.5.3 金纳米催化剂的“构效关系” |
| 1.5.4 其他贵金属纳米催化剂的“构效关系” |
| 1.6 负载型贵金属纳米催化剂的结构表征技术 |
| 1.6.1 球差校正扫描透射电子显微镜 |
| 1.6.2 X射线吸收精细结构谱学 |
| 1.6.3 其他表征技术 |
| 1.7 本论文的选题 |
| 1.7.1 选题的依据 |
| 1.7.2 选择的催化反应 |
| 1.7.3 选择的催化材料 |
| 1.7.4 拟解决的关键科学问题 |
| 第2章 Pd/SiC纳米催化剂在乙炔加氢反应中的“构效关系”研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 化学试剂 |
| 2.2.2 实验仪器 |
| 2.2.3 钯基催化剂的合成 |
| 2.2.4 钯/碳化硅催化剂的结构表征 |
| 2.2.5 钯基催化剂的乙炔加氢活性测试 |
| 2.3 实验结果与讨论 |
| 2.3.1 钯基催化剂在乙炔加氢反应的催化性能 |
| 2.3.3 钯基催化剂的结构表征 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 Pt/SiC纳米催化剂在2-丁炔-1,4-二醇选择性加氢反应中的“构效关系”研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验内容 |
| 3.2.1 化学试剂 |
| 3.2.2 实验仪器 |
| 3.2.3 载体二氧化铈的制备 |
| 3.2.4 纳米颗粒铂/碳化硅催化剂的合成 |
| 3.2.5 纳米颗粒铂/碳化硅催化剂的结构表征 |
| 3.2.6 纳米颗粒铂/碳化硅催化剂的反应性能测试 |
| 3.3 实验结果与讨论 |
| 3.3.1 负载量的影响 |
| 3.3.2 载体的影响 |
| 3.3.4 预处理气氛影响 |
| 3.3.5 催化剂稳定性研究 |
| 3.3.6 结构表征结果 |
| 3.3.7 纳米颗粒铂/碳化硅催化剂的“构效关系” |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 Au-Ni/CeO_2双金属催化剂在一氧化碳氧化和水气变换反应的“构效关系”研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验内容 |
| 4.2.1 化学试剂 |
| 4.2.2 实验仪器 |
| 4.2.3 载体二氧化铈的制备 |
| 4.2.4 金-镍双金属团簇催化剂的合成 |
| 4.2.5 金-镍双金属催化剂的结构表征 |
| 4.2.6 金-镍双金属催化剂的催化活性测试 |
| 4.3 实验结果与讨论 |
| 4.3.1 金-镍双金属催化剂的催化性能 |
| 4.3.2 金-镍双金属催化剂的结构表征 |
| 4.3.3 金-镍双金属催化剂的价态信息 |
| 4.3.4 金-镍双金属催化剂的“构效关系” |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
（10）纳米材料原子调控增强催化性能（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 燃料电池电催化概述 |
| 1.2.1 电催化氧还原反应 |
| 1.2.2 电催化甲醇氧化反应 |
| 1.3 Pt基催化剂原子调控增强氧还原 |
| 1.3.1 晶面效应增强氧还原 |
| 1.3.2 应变效应增强氧还原 |
| 1.3.3 表面效应增强氧还原 |
| 1.4 原子协同增强甲醇氧化 |
| 1.4.1 合金结构增强甲醇氧化 |
| 1.4.2 高指数晶面增强甲醇氧化 |
| 1.4.3 异质界面增强甲醇氧化 |
| 1.5 原子级分散催化剂 |
| 1.5.1 MOF衍生单原子催化剂合成策略 |
| 1.5.2 原子级催化剂的结构和种类 |
| 1.6 选题意义与目的 |
| 第2章 Pt合金表面原子协同增强MOR活性 |
| 2.1 Pt-Ru纳米晶原子晶面调控增强甲醇氧化活性 |
| 2.1.1 引言 |
| 2.1.2 实验部分 |
| 2.1.2.1 试剂药品 |
| 2.1.2.2 PtRu纳米晶的制备 |
| 2.1.2.3 PtRu纳米晶的结构与组成表征 |
| 2.1.2.4 PtRu纳米晶的电化学测试 |
| 2.1.3 结果与讨论 |
| 2.1.3.1 PtRu纳米晶的合成与表征 |
| 2.1.3.2 PtRu纳米晶的MOR活性 |
| 2.1.4 小结 |
| 2.2 超细Pt_xPb网状纳米线作为高效MOR催化剂 |
| 2.2.1 引言 |
| 2.2.2 实验部分 |
| 2.2.2.1 试剂药品 |
| 2.2.2.2 Pt_xPb网状纳米线的合成 |
| 2.2.2.3 Pt_xPb网状纳米线的结构与组成表征 |
| 2.2.2.4 Pt_xPb网状纳米线的电化学测试 |
| 2.2.3 结果与讨论 |
| 2.2.3.1 Pt_xPb网状纳米线的结构表征 |
| 2.2.3.2 Pt_xPb网状纳米线电化学性能 |
| 2.2.4 小结 |
| 2.3 Pt-Pb高指数晶面增强电催化性能 |
| 2.3.1 引言 |
| 2.3.2 实验部分 |
| 2.3.2.1 试剂药品 |
| 2.3.2.2 高指数晶面PtPb凹纳米立方的合成 |
| 2.3.2.3 PtPb凹纳米立方的物理表征 |
| 2.3.2.4 PtPb凹纳米立方的电化学测试 |
| 2.3.3 结果与讨论 |
| 2.3.3.1 PtPb凹纳米立方的组成和结构 |
| 2.3.3.2 PtPb凹纳米立方的电化学性能 |
| 2.3.4 小结 |
| 第3章 结构调控过渡金属电催化增强氧还原 |
| 3.1 高枝状介孔Au-Pd-Pt纳米粒子增强氧还原 |
| 3.1.1 引言 |
| 3.1.2 实验部分 |
| 3.1.2.1 试剂药品 |
| 3.1.2.2 催化剂制备 |
| 3.1.2.3 组成结构表征 |
| 3.1.2.4 电化学测试 |
| 3.1.3 结果与讨论 |
| 3.1.3.1 Au-Pd-Pt NFs/rGO催化剂的合成与表征 |
| 3.1.3.2 Au-Pd-Pt NFs/rGO催化剂ORR活性测试 |
| 3.1.4 小结 |
| 3.2 超薄金属有机框架纳米片合成非贵金属电催化剂 |
| 3.2.1 引言 |
| 3.2.2 实验部分 |
| 3.1.2.1 试剂药品 |
| 3.2.2.2 原位合成ZIF-67纳米片和Co,N-C NS |
| 3.2.2.3 ZIF-67和Co,N-C NS组成结构表征 |
| 3.2.2.4 Co,N-C NS的电化学测试 |
| 3.2.3 结果与讨论 |
| 3.2.3.1 ZIF-67纳米片和Co,N-C NS的形貌和结构 |
| 3.2.3.2 Co,N-C NS催化剂ORR活性测试 |
| 3.2.4 小结 |
| 第4章 原子级活性位点增强类酶催化和电催化 |
| 4.1 单原子纳米酶 |
| 4.1.1 引言 |
| 4.1.2 实验部分 |
| 4.1.2.1 试剂药品 |
| 4.1.2.2 单原子纳米酶FeN_5 SA/CNF的合成 |
| 4.1.2.3 单原子纳米酶的物理表征 |
| 4.1.2.4 氧化酶活性测试 |
| 4.1.2.5 FeN_5 SA/CNF体外抗菌实验 |
| 4.1.2.6 FeN_5 SA/CNF活体内抗菌模型 |
| 4.1.2.7 氧化酶活性机理理论计算 |
| 4.1.3 结果与讨论 |
| 4.1.3.1 FeN_5 SA/CNF合成与表征 |
| 4.1.3.2 FeN_5 SA/CNF原子结构分析 |
| 4.1.3.3 氧化酶活性分析 |
| 4.1.3.4 氧化酶活性理论计算 |
| 4.1.4 小结 |
| 4.2 二维MOF不饱和配位原子位点增强析氧反应 |
| 4.2.1 引言 |
| 4.2.2 实验部分 |
| 4.2.2.1 试剂药品 |
| 4.2.2.2 MOF纳米片阵列(CoNi-MOFNA)的合成 |
| 4.2.2.3 CoNi-MOFNA的电化学测试 |
| 4.2.2.4 CoNi-MOFNA的物理表征 |
| 4.2.3 结果与讨论 |
| 4.2.3.1 CoNi-MOFNA合成与表征 |
| 4.2.3.2 CoNi-MOFNA的OER活性分析 |
| 4.2.3.3 CoNi-MOFNA 的 OER 稳定性测试 |
| 4.2.3.4 CoNi-MOFNA的原子结构表征 |
| 4.2.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第5章 全文总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 展望 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
| 致谢 |
四、催化剂的高分辨电子显微镜研究（论文参考文献）
- [1]低维无机材料表界面化学调控及氧电催化研究[D]. 程晗. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [2]过渡金属硫化物、碳化物的结构构建与催化氧还原机理研究[D]. 房恒义. 济南大学, 2019(01)
- [3]纳米能源材料透射电子显微学研究[D]. 夏委委. 东南大学, 2019
- [4]过渡金属硫化物的光电催化性质的界面效应研究[D]. 韩韶波. 电子科技大学, 2019(04)
- [5]二维聚合物的设计、合成及其在能量转换领域中的应用研究[D]. 张欣雷. 中国科学技术大学, 2019(02)
- [6]复合纳米硫化物催化剂制备及催化降解有机物研究[D]. 杨世鹏. 中国矿业大学(北京), 2018(03)
- [7]掺杂型碳基氧还原电催化剂的组成与结构调控[D]. 罗二桂. 中国科学技术大学, 2019(02)
- [8]生物质碳基氧气催化剂的制备及其锌空气电池性能研究[D]. 张纪廷. 华中师范大学, 2020(01)
- [9]负载型贵金属纳米催化材料的合成、催化性能及其“构效关系”研究[D]. 舒淼. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所), 2020(01)
- [10]纳米材料原子调控增强催化性能[D]. 黄亮. 中国科学技术大学, 2019(02)