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常见的新能源主要有核能、太阳能、风能、海洋能、氢能、生物质能,但是由于其受各种因素的影响,存在诸多问题。氢能是一种极具发展前景的清洁能源,其原料主要是自然界丰富的水资源,但是电解水产生氢气需要电催化剂材料以降低电解过程的电压。太阳能、风能、生物质能则需要一个储存电能的系统将产生的多余能量进行储存,而锂离子电池是一种很好的储能装置。过渡金属氮/氧化物材料因其具有廉价、地球储存丰富、环境友好等优点,被广泛应用于电催化和锂离子电池材料领域。本论文针对过渡金属氮/氧化物材料并对其结构以及电化学性能进行研究,主要的研究内容如下:1.通过水热法结合相应的氮化处理,在碳布上生长一种具有三维结构的双功能柔性非贵重金属电催化剂Ni3FeN-NPs,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)等多种表征手段研究样品的物相、形貌和结构,并研究了 Ni3FeN-NPs催化全水分解的电催化活性。实验结果表明,经过氮化后,形貌由纳米片变成了纳米颗粒。Ni3FeN-NPs在1 M KOH条件下展示了较高的氢气析出反应(HER)和氧气析出反应(OER)的电催化活性,在10 mA/cm2的电流密度下展示较低的过电势分别为238 mV和241 mV,塔菲尔斜率分别为46mV/dec和59mV/dec。而且,当Ni3FeN-NPs电极作为全水分解的正极和负极时,这个电催化器仅需在1.81 V的电压就可以让电流密度达到10mA/cm2,并且在弯曲的情况下催化活性依然可以维持24 h以上。2.首先通过水热法在碳布上生长镍铁层状双氢氧化物(NiFe-LDHs),经过热处理得到NiFe204纳米片,最后经过化学气相沉积法将P掺杂到NiFe204纳米片中(P-NiFe204)。实验结果表明,掺杂后,材料的比表面积和结晶度降低。在碱性条件下(1MKOH),P-NiFe204具有较高的氢气析出反应(HER)和氧气析出反应(OER)的电催化活性。P-NiFe204电极作为全水分解的正极和负极时,该电催化器仅需1.76 V的电压就可以让电流密度达到10mA/cm2,并且催化活性非常稳定,可以维持80 h以上。3.采用高温固相法结合水热酸交换合成Nb掺杂的锐钛矿Ti02(Nb-TiO2):先合成纯相的层状前驱体K3Ti5Nb014,以K3Ti5NbO14模板,再经水热醋酸交换脱水成功合成具有层棒-纳米立方体的多级结构的Nb-Ti02。当Nb-Ti02材料作为锂离子电池的负极材料时具有较高的容量及良好的循环稳定性,在3.0-1.0 V的电压区间内,充放电密度为16.8 mA/g时,首次充/放电容量分别为150.0和198.5mAh/g,库伦效率为75.6%,经过50次充放电后,比容量保持在150 mA h/g,容量保持率为85.7%。