镍基硒化物和碲化物的微波法制备及其在超级电容器和析氧反应中的应用

作     者：张同同 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李天保

授予年度：2023年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 07[理学] 081705[工学-工业催化] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0702[理学-物理学] 

主      题：微波法 硒化镍 碲化镍 超级电容器 电催化产氧 

摘      要：随着生态环境被污染和传统化石燃料的衰竭致使研究者将目光转移到开发设计可再生能源和提高其利用效率。可再生能源受气候变化的影响较大,因此就需要储能系统对能量进行储蓄和转化后再利用。超级电容器,作为新型储能器件,具备快速充放电和出色的功率密度等特性。电催化分解水作为能量转化方式,可实现电能向氢能的转化。这种能源储蓄与转换技术在缓解化石能源短缺和自然环境污染问题上极具吸引力。其中,电极材料对超级电容器和电催化分解水性能起关键作用。镍基材料具有多种氧化态以及高电荷存储能力,其中镍基硒化物和碲化物因具有高电导率以及高电化学活性被用于超级电容器和电催化分解水。相比传统的纳米材料的制备方式,微波法具有反应时长短、可控制产物形貌、简单快速、绿色无污染等优势。因此,本文通过微波法来制备镍基硒化物和碲化物纳米材料,主要工作如下:(1)以六水合硝酸镍(Ni(NO)·6HO)、硒粉为前驱体,聚丙烯碳纤维毡(CFF)为集流体,溶剂为乙二胺和乙二醇,借助微波法制备了碳纤维毡自支撑的Ni Se纳米材料。探究了微波条件对材料的电化学性能的影响。结果表明:在1000 W,120 s下合成的Ni Se/CFF材料在1 A g下获得1125.4 F g的比电容,在50,000次循环后维持初始值的97.4%(10 A g)。组装的Ni Se/CFF//AC柔性不对称超级电容器(FASC)实现了775.7 W kg的功率密度(29.2 Wh kg),且循环20,000次后电容损失为11%(3 A g)。同时Ni Se/CFF材料显示出色的电催化产氧性能,144.7 m V的低过电位(10 m A cm)和54.4 m V dec的Tafel斜率。(2)为了提高Ni Te的电化学性能,以泡沫镍为镍源和基底,Te为原料,乙二胺和0.6 M KOH为溶剂,借助微波法制备了泡沫镍自支撑Ni Te材料。探究了不同反应条件对Ni Te/NF的电化学性能的影响,证实了Ni Te/NF的最佳合成条件(10 mg Te、1000 W和150 s)。结果表明:最佳的Ni Te/NF纳米材料的比电容为808.9 F g(1 A g),在10 A g下经过60,000次循环后显示出91.4%的电容保持率。组装的Ni Te/NF//AC的固态不对称超级电容器(SASC)在94.4μWh cm下实现了777.7μW cm的功率密度,且20,000次循环后电容保持率为83.3%。Ni Te材料也显示出优异的OER催化活性,在10 m A cm下,Tafel斜率为73.04m V dec,过电位低至199.5 m V。