中空碳纤维对尖晶石型钴酸盐的固载及其析氧性能的研究
发布时间：2021-11-23 02:23
最近几年来,尖晶石型结构钴酸盐（如NiCo2O4,CuCo2O4等）因其地壳储量大、成本低廉、环境友好、电化学活性高、氧化价态丰富、化学性质稳定等优越的特性,在电催化领域具有广泛的应用前景和一定的研究价值。但是传统方法制备出的尖晶石型NiCo2O4,CuCo2O4等双金属过渡金属氧化物在作为电催化阳极析氧反应（OER）的催化剂时仍然存在一些缺点,例如由于材料之间的堆叠造成的比表面积小,活性位点低,材料本身常温下电导率低的缺点,在很大程度上阻碍了此类双金属过渡金属氧化物在OER上的应用与发展。本文针对尖晶石结构的NiCo2O4,CuCo2O4等双金属过渡金属氧化物电极存在的缺点,利用中空碳纤维大比表面积,高电子传输能力和电子传导效率的优势,将两者进行复合,通过水热、溶剂热、加热氧化等手段进行形貌上的调控,从而提高NiCo
【文章来源】：哈尔滨师范大学黑龙江省
【文章页数】：42 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三种制备氢气的主要方法
哈尔滨师范大学硕士学位论文2一技术大规模投入使用的阻碍。电解水反应是由阴极析氢反应（HER）和阳极析氧反应（OER）组成的，但是析氧反应（OER）涉及四电子反应，相比于阴极析氢反应（HER）更加的复杂，具有更高的能源消耗和更高的动力学势垒，由此可见OER是限制电解水反应快速进行的一大阻碍[6,7]。鉴于此，寻找具有高效催化活性以降低阳极反应动力学势垒并且廉价易于制备的阳极材料成为了解决电催化水分解技术问题瓶颈的一个重要途径。图1-2电解槽示意图Figure1-2Schematicdiagramofanelectrolyzer.1.2电催化发展简介电化学催化是在电场的作用下，通过存在于电极表面或者溶液相中、具有或者不具有电活性的修饰物来改变电极上电子转移速率而电极表面或溶液相中的修饰物本身不发生变化的化学反应[8]。其目的是降低电化学反应的过电位，具有较低能量的活化途径，使电极反应在平衡电势附近并且以高电流密度发生。1905年Tafel发现了著名的Tafel公式标志着近代电化学的开端。紧接着Bulter和Volmer提出了著名的Bulter-Volmer方程，解释了Tafel的发现并为电极动力学提供了坚实的理论基矗Gurney和Bockris等人发展了电极/溶液界面的电荷转移理论。1956年Marcus提出了著名的Marcus理论并且预测了翻转区的存在。80年代由Schmickler、Norskov、Anderson等人使用量子力学（化学）的方法对表面上吸附小分子吸附能和吸附构型进行了深入的研究。1995年Hammer与Norskov提出著名的的d-band理论，成为了电催化和异相催化重要的描述子，Koper、P.Strasser与G.Ertl等人对电催化反应中非线性效应也展开了深入的研究。进入21世纪以来，由于计算机和DFT理论的成熟，人们可以对电催化进行更加深入复杂的研究，电催化领域中出现了ScalingRelation、BEPRelation、Elec
第1章绪论31.3电催化析氧反应（OER）在电催化水分解中，同时存在OER和HER两种反应，具体的反应式如下所示:HER：4H+(aq)+4e-→2H2(g)E0anode=0.00V(Reduction)OER:2H2O(L)→O2(g)+4H+(aq)+4e-E0cathode=1.23V(Oxidation)Overall:2H2O(L)→O2(g)+2H2(g)E0overall=1.23V为了使电催化水分解能顺利地进行，需要在反应的过程中在阴极与阳极之间加上一个1.23V的电势差，用来维持反应能够正常有序的进行。但是在实际操作中，电催化水解反应在进行的过程中，由于液阻，电极材料电阻以及物质电子传输速率等动力学问题的影响，在阴极阳极之间加上额外的电压称之为过电位(η），用来解释额外的电能损耗以及维持反正正常进行。阳极反应OER的反应式如下：2H2O-4e-→4H++O2（酸性环境）4OH--4e-→2H2O+O2（碱性环境）在上述反应中不难看出，无论是发生在酸性条件下还是碱性条件下的阳极反应，反应整个过程中涉及到了4个电子的转移。众所周知，相比于涉及2个电子转移的阴极反应HER，发生在阳极的OER在这方面具有更缓慢的动力学。众多的实验研究也表明，OER反应相比于HER反应所需要的过电势要高，才能克服更高的动力学势垒。因此，寻找性能优异的电催化水解阳极材料是解决电解水目前所遇到瓶颈的有效途径之一[11,12]。图1-3HER（左）和OER（右）的极化曲线。ηc和ηa分别是在相同电流（j）下阴极和阳极的过电势。Figure1-3PolarizationcurvesforHER(left)andOER(right).Theηcandηaaretheoverpotentialsforcathodeandanodeatthesamecurrent(j),respectively.1.4电催化OER机理电催化水解的过程中阳极发生的析氧反应需要四个电子的转移并且在动力学
【参考文献】：
博士论文
[1]尖晶石型钴酸镍基纳米材料的制备及其电催化性能研究[D]. 杨曼.东北师范大学 2019
本文编号：3512929
【文章来源】：哈尔滨师范大学黑龙江省
【文章页数】：42 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三种制备氢气的主要方法
哈尔滨师范大学硕士学位论文2一技术大规模投入使用的阻碍。电解水反应是由阴极析氢反应（HER）和阳极析氧反应（OER）组成的，但是析氧反应（OER）涉及四电子反应，相比于阴极析氢反应（HER）更加的复杂，具有更高的能源消耗和更高的动力学势垒，由此可见OER是限制电解水反应快速进行的一大阻碍[6,7]。鉴于此，寻找具有高效催化活性以降低阳极反应动力学势垒并且廉价易于制备的阳极材料成为了解决电催化水分解技术问题瓶颈的一个重要途径。图1-2电解槽示意图Figure1-2Schematicdiagramofanelectrolyzer.1.2电催化发展简介电化学催化是在电场的作用下，通过存在于电极表面或者溶液相中、具有或者不具有电活性的修饰物来改变电极上电子转移速率而电极表面或溶液相中的修饰物本身不发生变化的化学反应[8]。其目的是降低电化学反应的过电位，具有较低能量的活化途径，使电极反应在平衡电势附近并且以高电流密度发生。1905年Tafel发现了著名的Tafel公式标志着近代电化学的开端。紧接着Bulter和Volmer提出了著名的Bulter-Volmer方程，解释了Tafel的发现并为电极动力学提供了坚实的理论基矗Gurney和Bockris等人发展了电极/溶液界面的电荷转移理论。1956年Marcus提出了著名的Marcus理论并且预测了翻转区的存在。80年代由Schmickler、Norskov、Anderson等人使用量子力学（化学）的方法对表面上吸附小分子吸附能和吸附构型进行了深入的研究。1995年Hammer与Norskov提出著名的的d-band理论，成为了电催化和异相催化重要的描述子，Koper、P.Strasser与G.Ertl等人对电催化反应中非线性效应也展开了深入的研究。进入21世纪以来，由于计算机和DFT理论的成熟，人们可以对电催化进行更加深入复杂的研究，电催化领域中出现了ScalingRelation、BEPRelation、Elec
第1章绪论31.3电催化析氧反应（OER）在电催化水分解中，同时存在OER和HER两种反应，具体的反应式如下所示:HER：4H+(aq)+4e-→2H2(g)E0anode=0.00V(Reduction)OER:2H2O(L)→O2(g)+4H+(aq)+4e-E0cathode=1.23V(Oxidation)Overall:2H2O(L)→O2(g)+2H2(g)E0overall=1.23V为了使电催化水分解能顺利地进行，需要在反应的过程中在阴极与阳极之间加上一个1.23V的电势差，用来维持反应能够正常有序的进行。但是在实际操作中，电催化水解反应在进行的过程中，由于液阻，电极材料电阻以及物质电子传输速率等动力学问题的影响，在阴极阳极之间加上额外的电压称之为过电位(η），用来解释额外的电能损耗以及维持反正正常进行。阳极反应OER的反应式如下：2H2O-4e-→4H++O2（酸性环境）4OH--4e-→2H2O+O2（碱性环境）在上述反应中不难看出，无论是发生在酸性条件下还是碱性条件下的阳极反应，反应整个过程中涉及到了4个电子的转移。众所周知，相比于涉及2个电子转移的阴极反应HER，发生在阳极的OER在这方面具有更缓慢的动力学。众多的实验研究也表明，OER反应相比于HER反应所需要的过电势要高，才能克服更高的动力学势垒。因此，寻找性能优异的电催化水解阳极材料是解决电解水目前所遇到瓶颈的有效途径之一[11,12]。图1-3HER（左）和OER（右）的极化曲线。ηc和ηa分别是在相同电流（j）下阴极和阳极的过电势。Figure1-3PolarizationcurvesforHER(left)andOER(right).Theηcandηaaretheoverpotentialsforcathodeandanodeatthesamecurrent(j),respectively.1.4电催化OER机理电催化水解的过程中阳极发生的析氧反应需要四个电子的转移并且在动力学
【参考文献】：
博士论文
[1]尖晶石型钴酸镍基纳米材料的制备及其电催化性能研究[D]. 杨曼.东北师范大学 2019
本文编号：3512929
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