离子调控过渡金属镍、钴基化合物及其电催化性能的研究
发布时间:2021-11-16 06:27
随着对化石燃料的需求和消耗增加,发展能量转化和存储技术迫在眉睫。电解水作为一种有效的能量转换技术已经吸引了极大的关注。水分解包括两个半反应:析氢反应(HER)和阳氧反应(OER),然而电极反应的缓慢动力学抑制了水分解的整体效率,导致产生过大的超电势。尽管一些贵金属基催化剂已显示出高效的电催化性能,但高成本和稀缺性阻碍了其商业化应用。因此,迫切需要开发价格低廉、高效稳定的过渡金属基电催化剂,其中,镍、钴作为地球上储量丰富的元素,已广泛用于电催化材料的研究。镍、钴基催化剂包括氧化物、硫化物、磷化物、层状双氢氧化物和金属有机框架等多种形式,有望取代贵金属基材料成为新一代电催化剂。本论文以镍、钴基材料作为研究对象,采用离子调控策略制备出具有高活性的电催化剂,同时探索了其催化机理。本论文具体研究内容如下:(1)我们以Co3O4作为前驱体,通过简单的氢气处理将丰富的氧缺陷限制在Co3O4纳米颗粒中。氧缺陷的引入使Co3O4中部分钴的价态从Co3+降到Co2+,由于Co3O4四面体框架中的Co2+往往会形成活性物质羟基氧化钴,因此提供更多的活性位点。此外,电导率测试证实随着氧缺陷的含量增加,电子传输...
【文章来源】:浙江理工大学浙江省
【文章页数】:97 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
图2.1在酸性水电解槽中,基于双功能活性催化剂上发生的电化学析氢和析氧反应原理??的示意图[43]
MHads?+?H+?+?e?—?M?+?H2(酸性介质)??MHads?+?H20?+?e?—?M?+?OtT+H2(碱性介质)??或者Tafel反应(化学解吸)??2MHads?—?2M?+?H2?? ̄?/\pt??i?-4:?AU/^??s。—6:?7#?\??I?-8?-pb〇??M°\Ta??-10?-T/ln?\??I?I?I?I?I?I?I?I?I?I?I?I?I?I??30?40?50?60?70?80?90??EM?u?/?kcal?mol-1??图2.2酸性介质屮金属电极上HER的火山曲线。交换电流密度./〇的对数相对于每个金属表??面的M-H键能作图[25]。??Fig.?2.2?Volcano?curve?for?the?HER?on?metal?electrodes?in?acidic?media.?The?log?of?the?exchange??current?density?j〇?is?plotted?versus?the?M-H?bond?energy?for?each?metal?surface1'^.??众所周知,电极材料对HER的催化活性取决于其电子结构。如图2.2所示,??Trasatti图阐述了在酸性条件下不同金属交换电流密度的对数(log?_/?)1』金属-氢??(M-H)结合力的关系[25,26]。虽然火山丨丨丨丨线可以快速比较出不M金M的活性,但是??所报道的关于HER动力学随M-H键能M(或金属属性)变化的火山图通常没冇考??8??
M?+?〇2?或?M0?+?H20?—?M?+?02?+?2H+?+?2e-??0.0????〇.1?卜?UO??0?2? ̄?Pto.-??lr^V??>?L?NiOr?/?\??P?r*?/?j??-〇.4??0.5?h?—?XxFe3Oa!??0.6?二?/?叫?X?|??L?r??〇?7?'?i?i?i?l?i?1?i???i?i?i?i?i?;??0?50?100?150?200?250?300?350??-AH,0?/?kJ?mol'??图2.3火山图显示了在酸性(■)和碱性(□)溶液中金属氧化物表面上产生02的活性与溶液中??氧化物转变焓之间的关系。在0.1?mAxnV2电流密度下测量的过电势[25]。??Fig.?2.3?Volcano?plot?showing?activity?for?O:?production?on?metal?oxide?surfaces?versus?the??enthalpy?of?transition?of?the?oxide?in?acidic?(■)?and?basic?(□)?solutions.?Overpotential?measured??relative?to?0.1?mA?cm'2?current?density1251.??图2.3显示了在酸性或碱性条件下,元素周期表中第?行过渡金HK化物表??9??
本文编号:3498329
【文章来源】:浙江理工大学浙江省
【文章页数】:97 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
图2.1在酸性水电解槽中,基于双功能活性催化剂上发生的电化学析氢和析氧反应原理??的示意图[43]
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