Three-dimensional electrodes for efficient electrochemical water splitting : [kumulative Dissertation]

Abstract

Dieser Arbeit wollten dreidimensionale (3D) Elektrodenfür eine effiziente elektrochemischen Wasserspaltung (WS) herstellen. Zunächst wurden die Reaktionsmechanismen und die neuesten Fortschritte hetero strukturierten Übergangsmetall Phosphid für die WS untersucht. Anschließend wurden zwei Strategien zur Herstellung von 3D-Elektroden angewendet, darunter die Entwicklung hochaktiver Katalysatoren und die Herstellung billiger Substrate auf Basis von 3D-Elektroden. Im ersten Fall wurde die heterostrukturierte 3D-Elektrode aus NiFe-Doppelhydroxid-Nanoblättern, die NiCoP-Nanostäbe auf Nickelschaum zusammengesetzt hatten, hergestellt und zeigte verbesserte katalytische Aktivitäten für die WS in alkalischem Elektrolyten. Darüber hinaus wurde erstmals ein neues Rezept für die Kobaltphosphid entwickelt und beschrieben. Im zweiten Falle wurden Pt und RuO2 mit Edelstahlgewebe gekoppelt, indem erstmals Kohlenstoffnanoröhren als Grenzflächenmaterial verwendet wurden. Unsere Arbeit gibt Beispiele für das Design und die Herstellung von 3D-Elektroden und hebt den Vorteil von 3D-Elektroden für eine effiziente WS hervor.

This thesis aimed to prepare three-dimensional (3D) electrodes for efficient electrochemical water splitting. Firstly, the reaction mechanisms and the latest progress of transitional metal phosphides-based heterostructures for water splitting were reviewed. Afterwards, two strategies were used to prepare 3D electrodes, which include developing highly active catalysts and preparing 3D electrodes based cheap substrates. In the first case, the heterostructured 3D electrode consisting of NiFe layered double hydroxides nanosheets assembled NiCoP nanorods on nickel foam was prepared and demonstrated improved catalytic activities for water splitting in alkaline electrolyte. Moreover, a novel atomic layer deposition recipe for the deposition of cobalt phosphide was developed and reported for the first time. In the second case, the Pt and RuO2 were coupled with stainless steel by using carbon nanotubes as an interfacial material for the first time. Our work gives examples for the design and preparation of 3D electrodes and highlights the advantage of 3D electrodes for efficient water splitting.