用于碱性条件下HER催化的铂、钯基催化剂的制备及其电化学特性研究

发布时间：2020-07-25 13:00

【摘要】：氢能是理想的清洁能源,电解水制备氢气被认为是一种有效手段之一。电解水由析氢和析氧两个半反应构成,在酸性或中性条件下,析氧反应相对于碱性条件下困难许多,又由于酸性条件下氢离子对电解设备和电极材料的腐蚀性较大,所以工业上常采用碱性条件下进行电解水析氢。但是碱性条件下存在析氢动力学反应速率相对于酸性条件下缓慢、过电位高等弊端,因此,开发碱性条件下具有高析氢活性和更低析氢过电位的电催化材料显得尤为重要。尽管铂催化剂具有最佳的催化析氢活性,但是它的稀有性、高成本使其难以大规模推广使用。本论文从减少催化剂成本、提高催化活性和降低析氢过电位等方面出发,分别制备了应用于碱性条件下HER催化的铂基合金催化剂和钯基非铂催化剂。通过合金化的策略来降低Pt的用量,Pt基催化剂已开发的多种结构中,体相无序和有序结构在HER领域的电化学特性研究少有报道。本文在体相无序结构PtNi/C的基础上,进一步通过高温退火,超晶格峰的出现证明成功制备了体相有序结构的PtNi/C。通过联用物理表征技术和电化学分析技术,揭示了二元合金通过组分间的电子相互作用,对HER的催化性能优于Pt/C催化剂。相较于有序结构,电化学活性面积测试显示无序结构表面Pt的真实面积更大,暴露更多的Pt活性位点,提高了 HER的催化活性。基于Pd/C催化剂对HER也有较好的催化性能,金属氧化物作为负载金属的载体,应用在很多重要的催化反应中,但是金属与金属氧化物间的界面结构对HER催化性能影响的研究较匮乏。本文通过化学沉积还原的方法制备Pd/CeO_2/C复合物催化剂,在电化学特性方面将其与Pd/C、CeO_2/C和物理混合的Pd/C-CeO_2/C进行比较,并结合多种光谱和电镜技术进行表征和研究,揭示出Pd与CeO_2间的界面强耦合作用提升了 HER的催化性能。简便的合成方法以及少量的贵金属用量,有望实现大规模制备,因此本文对Pd/CeO_2/C复合催化剂的工艺制备进行了简单的概念设计。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TQ116.21
【图文】：

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利用的化石能源最多能用到本世纪末，为了实现人类与自然的可持续发展，迫逡逑切需要我们寻找清洁可再生的新能源［２］。因此，重视新能源的开发和可再生能源逡逑的利用已上升到国家战略层面。能源供应体系发生了巨大调整，如图２．１所示，逡逑以煤炭、石油、天然气为主的一次不可再生能源将被太阳能、氢能、风能、地热逡逑能、潮汐能和生物质能等清洁可再生能源取代［３］。能源结构发生的根本变化是发＇逡逑展的必然趋势，也是人类社会迈向更高文明阶段的标志。逡逑Ｂｉｏｍａ？＂＇ＯｐｇｒＫｉｉｏｇｂｔｏｍ＾逡逑一：：：＃邋ｄ逡逑＾逦：、、一逦（Ｐｈｏｔｏｉｅｌｅａｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ邋Ｉ逡逑＾逦Ｓｏｌａｒ；邋ｗｉｎｄ，邋ｈｙｄｒｏ逦，邋ｊ逦｜逦：逦？逦＾逡逑：邋ｏｄｆＸｌ．邋Ｕｈｏ，邋Ｉ逡逑；＞，Ｉ逦｜邋丨逡逑？逦Ｈｓ邋ｓｔｏｒａｇｅ邋｜逦＾逡逑Ｂａｔｔｅｒｙ－，邋ｆｕｅｌ邋ｃｅｌｌ－邋ｏｒ逡逑ｃｏｍｂｕｓｔｆｃｍ＇ｏｏｗｅｒｅｃＪｔｆａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ逦Ｆｕｅｌ邋ｓｔｏｒａｇｅ邋Ｃｈｅｍｉｃａｌｉ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑图２．１未来可持续能源示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ａ邋ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｆｕｔｕｒｅ逡逑在这些可再生的新能源中，氢能清洁、来源广、热值高，并且可以以气液固逡逑的形式储存及运输

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【参考文献】