一维过渡金属氧族纳米材料的合成及其电催化性能研究

发布时间：2024-07-06 05:22

　　随着能源危机与环境污染日益严重,氢能作为一种高效的清洁能源,成为人们重点关注对象。实现氢能商业化应用,廉价、规模化制氢成为其最基本挑战。在当前几种制氢技术中,电解水(Water splitting)制氢是最简单有效的方法之一。由于电解水存在过电位高和反应动力学慢等问题,导致电解水的实际效率较低,限制了其快速的发展。因此,研发高效、稳定的电催化剂成为电解水技术发展的客观需要。目前,铂基材料是公认电催化析氢(Hydrogen evolution reaction,HER)活性最好的催化剂,而电催化析氧(Oxygen evolution reaction,OER)活性较好的催化剂是贵金属钌、铱以及其氧化物。但贵金属基催化剂的高成本以及稀缺性,严重地制约其在电解水领域的应用。因此,探索高效、稳定的非贵金属基电催化剂具有重要的意义。在非贵金属基电催化剂中,过渡金属(Fe、Co、Ni等)基催化剂由于含量丰富、拥有独特的电子结构以及良好的电化学活性等特点得到重点关注。在过去的几十年中,由于具有较大的电化学活性面积、快速的电荷传输、反应物种类的有效质量传输以及产物气体的有效释放等特点,一维纳米材料和纳...

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.11991年到2017年全球能源消耗趋势

如图(1.1)，传统的化石燃料（煤、石油、天然气等）依然在当前社会中占有最大的比例；随着能源的急剧消耗，不可再生的化石能源将会局面，人类将会面临严重的能源危机。化石能源在给社会的快速发展同时也带来了危害；由于化石能源的利用率低、燃烧不充分，导致大质（如二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮....

图1.2能源的使用历史Figure1.2Thehistoryofenergyuse

氢气使用过程产物除生成水和少量氨气外不会产生诸如CO、CO2、SO2、碳氢化合物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，可以真正做到零排放、无污染[2,5]。(3)能量密度大。纵观人类能源的使用历史，从木材、秸秆到现在的煤炭、石油、天然气，贯穿其中的主线是能量密度的不断提高[2]。....

图1.3电解槽的示意图

图1.3电解槽的示意图Figure1.3Schematicillustrationofelectrolyzer水发生的总反应如下：lgg222HOH12O1mol水分子所需要的电能与水解离为1mol值(ΔG)相同，如公式：FE....

图1.4金属作为HER催化剂的活性火山曲线图

图1.4金属作为HER催化剂的活性火山曲线图Figure1.4VolcanocurvefortheHERonmetalelectrode出反应原理的各种能源策略中，最具有应用潜力的一种方案载体的方案[22]。电解水制氢是大规模获取氢能位的OER反应制约....

本文编号：4002124