磁场电化学反应论文提纲

论文题目：磁场、应变对材料电化学性能影响的机理研究

摘要：传统新能源材料电化学性能的策略主要集中在调控材料的形貌、结构、组分等方面,这些策略多从材料开发入手。除此之外,随着科研的发展,引入外部物理手段不但为设计电化学过程增加一个额外的自由度,也可以有效的提高材料的反应活性。通过物理手段不仅可以调节材料的内在活性,还能调节固液界面的局部环境,因此不论是在催化领域,还是储能领域,这种方法都极具前景。其中,磁场和应变场对材料的制备以及电化学过程都有很好的调控效果,但是利用磁场和应变场与电化学耦合的研究还处在初级阶段,对于它们的作用机理研究不够全面和深入。因此,本文以磁场和应变场对材料电化学性能的影响为课题,以简单的材料体式为例,分别探讨了磁场和应变场与电化学的相互作用机理。主要内容如下:（1）首先,研究了利用外加磁场调控镍铝（Ni Al）合金在碱性条件下的脱合金过程,发现在相对较低的磁场强度下（0-0.2 T）,施加磁场延长了Ni的重构过程,而在较高磁场强度下（0.3-0.5 T）,施加磁场缩短了Ni的重构过程。通过调节磁场强度,可以制备出形貌更细的纳米多孔Ni。接下来将有无磁场条件下制备的纳米多孔Ni(np-Ni0和np-Ni500)用作超级电容器电极材料,两者的电化学性能有较大差异,在500 m T磁场强度下制备的纳米多孔Ni(np-Ni500)的性能较好。进一步利用磁场调控了纳米多孔Ni的电化学过程,np-Ni0电极的比电容随磁场强度的增加可以进一步增强,而np-Ni500电极表现出稳定的电化学性能,通过分析得出磁场主要通过磁流体效应影响离子的传质,进而影响了材料的电化学性能。（2）其次,对利用外加磁场调控Ni薄膜在碱性溶液中的析氢反应（HER）机理进行了研究。发现磁场能够调节反应电流的大小,同时,由磁场引起的反应电流的变化与过电位有很强的依赖关系。基于析氢反应的Volmer-Heyrovsky机理和Ni表面的Frumkin型等温吸附,引入磁场系数对传统的HER动力学速率方程进行了修正。理论结合实验表明,反应的吸附焓和活化焓都与磁场有相关性。在平衡电位处,磁场通过调控活化焓影响反应,而在高过电位（高氢覆盖度）处,磁场对Ni薄膜析氢反应的作用主要体现为对活化焓和吸附焓的共同作用。（3）最后,研究了利用外部机械拉伸对无定型碳布的电化学双层电容行为的影响。发现电容电位在拉伸应变作用下增加,对应的电流则减小。由于拉伸时碳布表面自由能发生变化,机械拉伸可以缩短碳布的放电时间,即拉伸应变降低了碳布的比电容。证实了外部机械作用不仅可以调节具有特定晶格结构的金属或金属氧化物表面的典型电容过程,也可以调节非晶态材料的表面反应。随后,将机械拉伸作用于碳布沉积Mn O2,在相同沉积时间下,机械拉伸可以提升Mn O2的沉积量。

关键词：磁场;应变;电化学储能;析氢反应;动力学公式

学科专业：材料科学与工程

摘要

abstract

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 磁场对材料电化学性能的作用

1.2.1 开尔文力效应

1.2.2 磁流体动力学效应

1.2.3 磁场影响电子自旋

1.2.4 磁热效应

1.3 表面应变对材料电化学性能的作用

1.3.1 应变对催化性能的影响

1.3.2 应变对储能性能的影响

1.4 本论文的研究内容研究目的及创新点

第二章 实验方法、药品及仪器

2.1 实验药品与仪器

2.1.1 实验药品

2.1.2 仪器设备

2.2 材料表征手段

2.2.1 粉末X射线衍射分析

2.2.2 扫描电镜分析

2.2.3 比表面积分析

2.2.4 拉曼光谱分析

第三章 磁场对纳米多孔镍制备及其储能性能的影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 纳米多孔镍的材料制备

3.2.2 超级电容器电极材料的制备

3.2.3 材料的测试方法

3.3 磁场对纳米多孔镍脱合金过程的影响

3.3.1 镍铝合金的自由腐蚀过程

3.3.2 自由腐蚀后产物的结构和形貌表征

3.3.3 外部磁场对镍铝合金脱合金过程的影响

3.3.4 磁场作用下产物的结构与形貌表征

3.3.5 磁场对脱合金过程影响的原因讨论

3.4 磁场对纳米多孔镍电容性能的影响

3.4.1 纳米多孔镍电极的材料表征

3.4.2 纳米多孔镍电极的电化学性能分析

3.5 本章小结

第四章 磁场对镍材料析氢反应的影响机理探究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 材料制备

4.2.2 电极性能测试

4.3 结果与讨论

4.3.1 磁场对纳米多孔镍析氢反应的影响

4.3.2 镍薄膜电极的析氢性能测试

4.3.3 磁场对析氢性能影响的机理探究

4.4 本章小结

第五章 机械应变对电极材料电化学性能的影响

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 材料制备

5.2.2 材料的电化学测试

5.3 机械拉伸对碳布电容性能的影响

5.3.1 碳布的形貌和结构表征

5.3.2 碳布的电化学性能的表征

5.3.3 拉伸应变对碳布电容性能的影响

5.4 拉伸应变对碳布沉积MnO2的影响

5.4.1 碳布沉积MnO2后的表征

5.4.2 机械拉伸对碳布上沉积MnO2的影响

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢