纳米多孔Ni-Mo-N和Co-Fe-Se复合材料的制备及其水分解性能研究
发布时间：2020-12-23 23:38
随着现代社会的发展,全球能源消耗的快速增长和环境污染等问题引发了对可再生清洁能源的迫切需求。由于其高能量密度和对环境无污染的优点,氢气（H2）被认为是满足能源需求的、有前景的能源载体。电解水产氢被认为是绿色无污染并且潜力巨大的产氢方式之一。电解水包含两个反应,析氢反应HER和析氧反应OER。其中催化剂在电解水反应中至关重要,它可以降低产氢成本并提高制氢效率。在所有催化剂中贵金属基催化剂Pt和IrO2、RuO2等由于其出色的催化性能而在目前的电解水产氢技术中起着主导作用,但是由于资源有限和价格昂贵限制了其广泛的应用。针对以上问题,本文围绕非贵金属催化剂开展如下研究工作:（1）设计了一种自支撑纳米多孔Mo/Mo2N@Ni3Mo3N异质复合材料,基于生长在碳布上的镍钼酸铵多酸盐(（NH4）4[NiH6Mo6O24]?5H2O)前驱体...
【文章来源】： 于滨 吉林大学
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水电解中过电位示意图[25]
第1章绪论5图1.2（a）HER反应在酸性条件下的两种不同机制；（b）基于金属元素在酸性条件下的火山图模型[23]Figure1.2(a)TwodifferentHERmechanismsofcatalystsinacidicelectrolyte;(b)VolcanocurvebasedonmetalelementsfortheacidicHER[23]在中性或碱性电解液中，由于溶液中缺乏H+，因此在第一步的Volmer反应过程中由水得到电子分解出自由态H*和OH-，即H2O+e-=H*+OH-（Volmer）……………………（9）随后产生的H*会发生与酸性条件中类似的Heyrowsky反应或Tafel反应H*+H2O+e-=H2+OH-（Heyrowsky）……………（10）H*+H*=H2（Tafel）………………………（11）在碱性溶液中，“火山”关系仍然存在，而且氢吸附自由能没有发生变化，只有交换电流密度的减少。为了使HER的反应速率最大化，必须开发具有适当氢吸附自由能的催化剂。目前非贵金属催化剂仍然在进一步研究中，火山图提供了一种直观的方式来可视化的比较不同金属的催化活性，通过催化剂表面与中间体的结合能来比较催化剂的相对性能，有助于指导材料设计[24]。1.3.3析氧反应（OER）的基本原理作为与析氢反应（HER）相对应的另一极的电极反应，析氧反应（OER）同样影响着全分解水的功耗和效率以及产氢的速率，是电解水过程的另一重要组成部分。相比于HER反应，OER反应是一种缓慢的四电子转移过程，涉及到O-H键的断裂和O-O键的形成以及多个表面吸附的中间体（OOH*，O*和OH*）[25]，因此，OER反应是一种更复杂的电催化反应。与HER反应类似，OER反应在不同pH的电解液中反应中间体也不尽相同，在酸性溶液中，水被氧化为氢离子和
第1章绪论7图1.3（a）在酸性（蓝线）和碱性（红线）电解质中的OER反应过程（黑线和绿线分别表示可能的中间体参与的OER反应路线）；（b）基于金属氧化物的OER火山图模型[23]Figure1.3(a)TheOERprocessesinacidic(blueline)andalkaline(redline)electrolytes,theblackandgreenlinesindicatethetwopossibleintermidates-involvedOERroutes,respectively;(b)OERvolcanocurvebasedonmetaloxides[23]1.4电催化剂概述在电解水过程发生的HER反应和OER反应都需要特定的电催化剂，一方面可以加快反应速率，另一方面可以选择最佳反应路径，从而降低反应所需活化能，减少反应过程中的能量消耗。为了表现出催化剂性能的好坏，需要一定的指标来进行衡量，其中主要包括两大方面，活性和稳定性，活性表现出催化剂的效率，稳定性表明催化剂的耐用时间[28]。目前在HER反应催化剂中，商用的并且性能非常优异的是贵金属Pt/C；在OER反应催化剂中，目前商用并且性能优异的是贵金属氧化物RuO2、IrO2，但是由于Pt、Ru、Ir等贵金属由于稀缺的资源和昂贵的成本很难进行大规模的应用。因此，许多研究工作致力于研发低贵金属甚至无贵金属基电催化剂以代替商用贵金属基催化剂，并且取得一定的进展。1.4.1析氢反应（HER）催化剂研究进展下面详细介绍一下各类HER催化剂的发展。（1）金属硫化物金属硫化物由于其优异的性能和可调控的电子结构一直活跃在人们的视野
本文编号：2934549
【文章来源】： 于滨 吉林大学
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水电解中过电位示意图[25]
第1章绪论5图1.2（a）HER反应在酸性条件下的两种不同机制；（b）基于金属元素在酸性条件下的火山图模型[23]Figure1.2(a)TwodifferentHERmechanismsofcatalystsinacidicelectrolyte;(b)VolcanocurvebasedonmetalelementsfortheacidicHER[23]在中性或碱性电解液中，由于溶液中缺乏H+，因此在第一步的Volmer反应过程中由水得到电子分解出自由态H*和OH-，即H2O+e-=H*+OH-（Volmer）……………………（9）随后产生的H*会发生与酸性条件中类似的Heyrowsky反应或Tafel反应H*+H2O+e-=H2+OH-（Heyrowsky）……………（10）H*+H*=H2（Tafel）………………………（11）在碱性溶液中，“火山”关系仍然存在，而且氢吸附自由能没有发生变化，只有交换电流密度的减少。为了使HER的反应速率最大化，必须开发具有适当氢吸附自由能的催化剂。目前非贵金属催化剂仍然在进一步研究中，火山图提供了一种直观的方式来可视化的比较不同金属的催化活性，通过催化剂表面与中间体的结合能来比较催化剂的相对性能，有助于指导材料设计[24]。1.3.3析氧反应（OER）的基本原理作为与析氢反应（HER）相对应的另一极的电极反应，析氧反应（OER）同样影响着全分解水的功耗和效率以及产氢的速率，是电解水过程的另一重要组成部分。相比于HER反应，OER反应是一种缓慢的四电子转移过程，涉及到O-H键的断裂和O-O键的形成以及多个表面吸附的中间体（OOH*，O*和OH*）[25]，因此，OER反应是一种更复杂的电催化反应。与HER反应类似，OER反应在不同pH的电解液中反应中间体也不尽相同，在酸性溶液中，水被氧化为氢离子和
第1章绪论7图1.3（a）在酸性（蓝线）和碱性（红线）电解质中的OER反应过程（黑线和绿线分别表示可能的中间体参与的OER反应路线）；（b）基于金属氧化物的OER火山图模型[23]Figure1.3(a)TheOERprocessesinacidic(blueline)andalkaline(redline)electrolytes,theblackandgreenlinesindicatethetwopossibleintermidates-involvedOERroutes,respectively;(b)OERvolcanocurvebasedonmetaloxides[23]1.4电催化剂概述在电解水过程发生的HER反应和OER反应都需要特定的电催化剂，一方面可以加快反应速率，另一方面可以选择最佳反应路径，从而降低反应所需活化能，减少反应过程中的能量消耗。为了表现出催化剂性能的好坏，需要一定的指标来进行衡量，其中主要包括两大方面，活性和稳定性，活性表现出催化剂的效率，稳定性表明催化剂的耐用时间[28]。目前在HER反应催化剂中，商用的并且性能非常优异的是贵金属Pt/C；在OER反应催化剂中，目前商用并且性能优异的是贵金属氧化物RuO2、IrO2，但是由于Pt、Ru、Ir等贵金属由于稀缺的资源和昂贵的成本很难进行大规模的应用。因此，许多研究工作致力于研发低贵金属甚至无贵金属基电催化剂以代替商用贵金属基催化剂，并且取得一定的进展。1.4.1析氢反应（HER）催化剂研究进展下面详细介绍一下各类HER催化剂的发展。（1）金属硫化物金属硫化物由于其优异的性能和可调控的电子结构一直活跃在人们的视野
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