广泛pH范围催化剂的制备及其电催化性能的研究

发布时间：2021-01-25 01:12

　　随着工业经济快速增长,能源需求不断增加,极大地推动了可再生能源转换和存储技术的深入研究。作为一种新型的能源装置,燃料电池具有发电效率高、比能量高和环境污染小等特点,可用于交通工具,军事以及便携式电子设备等领域。氢能作为可持续的洁净能源而备受青睐。析氢反应（HER）,析氧反应（OER）,氧还原反应（ORR）是电解水制备洁净氢能以及燃料电池的核心反应,其过电位的高低以及动力学过程快慢取决于催化剂的催化活性。贵金属催化剂如铂钌等具有较高的催化活性,但是他们成本高,储量稀少,这大大限制了其大规模应用。因此设计研发具有较低成本,在广泛pH范围下具有较高活性和较强稳定性的新型非贵金属催化剂是新能源领域重要的研究方向。过渡金属化合物虽然价格低廉,易于合成,但是其在广泛pH范围下导电性,稳定性较差,而且催化反应机理尚不清楚,材料结构和性能的关系分析不够到位。基于此,本论文设计制备了几种结构特殊,性能优异的过渡金属基催化剂,成功地解决了过渡金属催化剂存在的问题。本文主要研究内容如下:（1）我们通过简单的水热法,以氯化镍为镍源合成具有独特三维结构的磷化镍/碳纳米片（Ni2P/CNS）纳米复合物用于广泛pH... 

【文章来源】：福建师范大学福建省

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－３析氢反应催化剂所用元素丨１１］??

?ｒ?￣?￣?￣?￣ｉ??３．７＊１０１?：?：?ｉ?！?；??图１－４用于构成析氢反应催化剂的地壳丰富的金属元素ｔ１１］??Ｆｉｇ．?１?－４?Ｃｒｕｓｔａｌ?ａｂｕｎｄａｎｃｅ?ｏｆ?ｍｅｔａｌｓ?ｔｈａｔ?ａｒｅ?ｕｓｅｄ?ｆｏｒ?ｃｏｎ－ｓｔｒｕｃｔｉｎｇ?ＨＥＲ?ｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｓｔｓ．??图１－４展示了构成析氢反应催化剂金属元素在地壳中质量百分含量。制得我们??注意的是我们在设计非贵金属催化剂时要考虑到的丰富度和潜在的成本。在这些元??素中Ｆｅ和Ｎｉ具有最高的丰富度和最低的价格，因此开发有效的铁基或镍基析氢反??应催化剂在经济上可行的［１１］。??１．２．４非贵金属析氢的研宄进展??镍基催化剂（ＮｈＰ）??在众多研究的催化析氢反应电催化剂中，过渡金属因其催化活性高，成本低等??优势，成为目前科研及工业领域最受青睐的材料。而在过渡金属中，镍基催化剂在??碱性介质中化学稳定性好，催化活性高，因此成为研宄最为广泛的催化剂材料。其??中研宄不较多的一种材料为Ｎ＾Ｐ宾夕法尼亚州立大学Ｅｒｉｃ?Ｊ．?Ｐｏｐｃｚｕｎ等人［１２］表明催??化活性ＮｂＰ纳米粒子中空，多面，暴露了高密度的Ｎｉ２Ｐ?（００１）面。??－６－??

＂?Ｗ＾Ｍ?ｉｒＺ＾ｖＬｒ??图１－５?ＮｂＰ的晶体结构：（Ａ）?４个晶包堆放在另外一个具有单个晶包上面，（Ｂ）??Ｎｉ２Ｐ（００１）面俯视图，（Ｃ）二维片状Ｎｉ２Ｐ，（００１）面在上部，（Ｄ）上面是ＮｂＰＸＲＤ??的实验值，下面ＮｂＰ模拟值。［１２］??Ｆｉｇ．?１－５?Ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?Ｎｉ２Ｐ：?（Ａ）?ｆｏｕｒ?ｕｎｉｔ?ｃｅｌｌｓ?ｓｔａｃｋｅｄ?ｏｎ?ｔｏｐ?ｏｆ?ｏｎｅ?ａｎｏｔｈｅｒ，?ｗｉｔｈ?ａ??ｓｉｎｇｌｅ?ｕｎｉｔ?ｃｅｌｌ?ｏｕｔｌｉｎｅｄ，?（Ｂ）?ｔｏｐ－ｄｏｗｎ?ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｎｉ２Ｐ（００１）?ｓｕｒｆａｃｅ，?ａｎｄ?（Ｃ）?ａ?ｔｗｏ－??ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｓｌｉｃｅ?ｏｆ?Ｎｉ２Ｐ，ｓｈｏｗｉｎｇ?ｔｈｅ?（００１）?ｓｕｒｆａｃｅ?ｏｎ?ｔｏｐ．?（Ｄ）?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｐｏｗｄｅｒ??ＸＲＤ?ｐａｔｔｅｒｎ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?Ｎｉ２Ｐ?ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ?（ｔｏｐ），?ｗｉｔｈ?ｔｈｅ?ｓｉｍｕｌａｔｅｄ?ｐａｔｔｅｒｎ?ｏｆ?Ｎｉ２Ｐ?ｓｈｏｗｎ??ｆｏｒ?ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?（ｂｏｔｔｏｍ）．??Ｎｉ２Ｐ纳米粒子是不含贵金属析氢反应活性最高的催化剂之一，析氢反应过程中??产生定量的感应电流和在酸性水溶液中稳定性。在０．５０ＭＨ２Ｓ〇４Ｎｉ２Ｐ纳米粒子薄膜??产生电流密度２０和１００?ｍＡｃｍ＿２时


本文编号：2998261