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非贵金属催化剂的合成及其催化水分解性能的研究

发布时间:2018-02-01 01:43

  本文关键词: 析氧反应 析氢反应 WO_3@α-Fe_2O_3 异质结阵列 Mo_2C 蝴蝶翅膀 出处:《天津理工大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:因全球对能源的需求及面临的环境问题,氢能因其清洁、可再生的优点代替了化石燃料,吸引了很多人去研究。制氢的方法有很多种,电解水是其中一种很重要的方法。电解水过程由两个半反应构成:阳极发生析氧反应(OER),阴极发生析氢反应(HER)。其中寻找高效稳定廉价的电解水催化剂具有非常重要的现实意义。本论文从两个方向着手,设计用于水分解的催化剂。一方面,关于析氧反应(OER),我们设计了WO_3@α-Fe_2O_3异质结阵列在中性环境下用于光电化学水分解。通过在WO_3纳米片上层积α-Fe_2O_3,电流密度几乎是原来的六倍,起峰电位是260 mV,IPCE在390 nm时达到了73.7%。此外,在中性环境下异质结光阳极的稳定性也很好,样品经过10小时测试后,电流密度基本没有变化。这种独特的纳米结构异质结的构造既有利于对太阳光的吸收,又促进了电子空穴的分离或传输,因而提高了催化剂的光电化学水分解性能。另一方面,关于析氢反应(HER),我们通过对掺杂钼元素的生物材料蝴蝶翅膀进行高温煅烧,制成了析氢催化剂B-Mo_2C。经过电化学性能的测试,当电流密度为10 mA cm-2,它的电压为0.192 V,起峰电位是0.09 V。此外,在酸性环境下催化剂的稳定性也很好,样品经过11小时测试后,电流密度基本没有变化。这种方法不仅合成了析氢催化剂Mo_2C,而且利用蝴蝶翅膀这种生物材料作为碳源增大了比表面积,进而提高了B-Mo_2C的析氢催化性能。
[Abstract]:Because of the global demand for energy and the environmental problems, hydrogen energy has replaced fossil fuels because of its clean and renewable advantages, attracting a lot of people to study. There are many ways to produce hydrogen. Electrolytic water is one of the most important methods. The process of electrolytic water consists of two half reactions: anodic oxygen evolution reaction. It is very important to find efficient, stable and cheap electrolytic water catalyst. In this paper, a catalyst for water decomposition is designed from two directions. About oxygen evolution reaction. We have designed a WO _ 3 @ 伪 -Fe2O3 heterojunction array for photochemical water decomposition in a neutral environment. The current density is almost six times as high as the original one, and the peak potential is 260 MV ~ (-1) IPCE, which reaches 73.7% at 390 nm. In addition, the stability of the heterojunction photoanode is also very good in neutral environment. After 10 hours of measurement, the current density of the sample is basically unchanged. This unique structure of nanoscale heterostructures is not only conducive to the absorption of sunlight, but also promotes the separation or transport of electron holes. Therefore, the photochemical water decomposition of the catalyst was improved. On the other hand, for the hydrogen evolution reaction, we calcined the butterfly wings doped with molybdenum at high temperature. The hydrogen evolution catalyst B-Mo2Cwas prepared, and its voltage was 0.192 V when the current density was 10 Ma cm-2. The peak potential is 0.09 V. in addition, the stability of the catalyst is good in acidic environment, and the sample is tested after 11 hours. Not only the hydrogen evolution catalyst Mo2Cwas synthesized, but also the specific surface area was increased by using butterfly wings as a carbon source. Furthermore, the catalytic activity of B-Mo2C for hydrogen evolution was improved.
【学位授予单位】:天津理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O643.36;TQ116.2

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本文编号:1480569

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