贵金属及含铁化合物的电催化分解水活性研究

发布时间：2020-06-10 05:14

【摘要】：电解水制氢是将不稳定的风能、水能、太阳能转换和储存的一项有效途径,在解决可再生能源充分利用方面具有广阔前景。但目前电解水制氢的能量转换效率仍旧偏低,无法满足实际需求。研究表明,相比较快的阴极析氢半反应(HER),较慢的阳极析氧半反应(OER)已成为制约电解水全反应能量转换效率的主要因素,因此设计开发高效的阳极析氧催化剂显得尤为迫切。基于此,本文着重讨论了基于贵金属及含铁化合物催化剂的合成及其电解水阳极析氧催化活性,主要结论如下:(1)提出了利用金属-载体强相互作用(SMSI)调控贵金属电子结构及其电解水析氧催化活性的方法。以“金属氧化物/Pd”催化剂为模型,证实利用SMSI的电子效应可以在钯-金属氧化物界面处构建稳定的氧化态Pd~(δ+),发现其价态可通过负载金属氧化物的性质进行调控,实现了由Pd~(2+)到Pd~(3+)的可控合成。进一步研究发现,贵金属Pd的OER活性对氧化态Pd~(δ+)的价态具有明显依赖性,含有Pd~(3+)物种的Fe_2O_3/Pd具有最好的OER催化性能,电流密度10 mA·cm~(-2)的过电势为383mV,远低于金属钯的过电势(600 mV)和Fe_2O_3/玻碳催化剂的过电势(540 mV)。(2)制备了新型铁掺杂镍磷化物全电解水双功能催化剂,研究表明,该催化剂在碱性环境下,不仅表现出较好的OER活性,而且同时具有优异的HER活性及全电解水活性。在1 M KOH溶液中,电流密度为100 mA·cm~(-2)时,OER过电势仅为300 mV,HER过电势仅为211 mV,全分解水电压为1.756 V,且稳定工作15h活性未见明显衰减。(3)采用液相共沉淀法,合成了基于Fe、Co元素的类普鲁士蓝结构金属有机配合物催化剂。实验表明,此类催化剂在1 M KOH溶液中具有较好的OER活性,且元素组成比例对其活性影响显著,其中3Co2FeHCF(HCF:K_3Co(CN)_6)和2Co3FeHCC(HCC:K_3Co(CN)_6)活性最高,电流密度为5 mA·cm~(-2)时的过电势分别369 mV和363 mV,而FeHCF、CoHCF、FeHCC和CoHCC的过电势分别为416mV、372 mV、566 mV、450 mV。(4)利用电沉积法和浸渍法在纳米?-Fe_2O_3光阳极材料表面修饰了类普鲁士蓝电解水阳极产氧助催化剂。初步实验结果表明,在100 mW·cm~(-2)的光照条件,外加偏压1.23 V vs RHE(可逆氢电极)下,修饰类普鲁士蓝助催化剂的纳米?-Fe_2O_3光电流密度较未修饰时最高提升18.2%。
【图文】：

可再生能源与氢能综合利用图

贵金属及含铁化合物的电催化分解水活性研究

水电解槽的原理图
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TQ116.2

【参考文献】