过渡金属氧化物的合成及其电催化水分解性能研究

发布时间：2021-02-13 08:54

　　到目前为止,随着人类科技的进步和发展,我们对于能源的需求日益急剧增加。由于传统化石燃料的不可再生以及污染高等缺点,导致我们对于清洁、可再生的新能源的需求越来越大。在新能源中,氢能,其高热值,零污染等优点逐渐被广泛关注起来。直到现在,制氢方法越来越多,电解水制氢的方法具有效率高、制备方法较为简单、零污染且可持续等优点。所以,研发及制备价格低廉、高效率的电催化水分解催化剂成为近年来的焦点。在这其中,过渡金属氧化物具有较好的水分解析氢、析氧催化活性和稳定性,并且在碱性电解液下的稳定性和机械强度较高,在电催化水分解领域中具有很好的发展及应用前景。首先通过优化传统的溶胶凝胶法制备了 Ca3Co2O6系列过渡金属氧化物催化剂样品,具体优化过程见本文实验部分。通过表征发现产物较纯,结晶效果很好,为Ca3Co2O6,但其他氧化物样品没有得到。而后分别在0.1 M KOH和1 M KOH的条件下进行了 HER、OER电化学性能测试。HER测试结果:在0.1 M和1 M KOH中样品Ca3Co2O6在电流密度为10 mA·cm-2处的过电势（Ej=10）分别为0.449和0.294 V,塔菲尔斜率分别为1... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：118 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１电解水制氢原理图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｂｙ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ??

１．４电催化制氢催化剂??１．４．１析氢反应催化剂??用于构建ＨＥＲ催化剂元素的总结如图１－３。在这些元素中，根据他们的物理和??化学性质，基本上可分为三类：（１）贵金属Ｐｔ的ＨＥＲ催化剂；（２）过渡金属，用于构??建的非贵金属ＨＥＲ催化剂主要包括，Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ以及Ｗ；?（３）非金属材??料，用于构建的非贵金属ＨＥＲ催化剂主要包括，Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｐ、Ｓ以及Ｓｅ。到目前??为止，几乎所有有效的贵金属、非金属ＨＥＲ催化剂均根据上述１２种非贵元素被合??成出来。??６??

?１４Ｓ??（ｗ?Ｒ？Ｅ｜??图１－４电位变化在氧化态，稳定性和活动性之间Ｒｕ和Ｉｒ催化剂的关系??Ｆｉｇ．?１－４?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｐｏｔｅｎｔｉａｌ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ?ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｏｘｉｄａｔｉｏｎ?ｓｔａｔｅ，?ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，?ａｎｄ??ａｃｔｉｖｉｔｙ?ｆｏｒ?ａｃｔｉｖｅ?Ｒｕ?ａｎｄ?Ｉｒ?ｃａｔａｌｙｓｔｓ．??（ｂ）过渡金属及其氧化物??一般来说，在碱性电解液中有三类非贵金属催化剂。首先研宄仍然流行的催化??剂镍和钴基氧化物（碳或其他金属），虽然它们的活性仍然是比不上的贵金属柏、??钌、铱基材料。特别是Ｃｏ〇ｘ和ＣｏＯＯＨ的材料，它们的催化活性在碱性溶液中的稳??定性和机理己经被彻底的证实。除此之外，一系列的锰氧化物（ＭｎＯｘ，Ｍｎ２〇３，Ｍｎ??３〇４）被证明在碱性和中性溶液中有一定程度的活性［４１］。而且经ＤＦＴ计算预测，这些??材料也可以作为ＯＥＲ、ＯＲＲ双功能催化剂［４２］。其次，一些混合氧化物如尖晶石??（（ＮｉＣ〇２〇４

【参考文献】：
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本文编号：3032280