层状复合金属氢氧化物在中性介质中电催化氧析出性能研究
发布时间：2020-12-24 15:08
水裂解制氧因其高效,低排放的特点被认为是未来最具潜力的新能源之一,但目前常用的贵金属铂系催化剂由于资源匮乏被限制了进一步应用,开发高活性的非贵金属催化剂具有重要的现实意义。此类催化电极上的核心反应为阳极氧析出（OER）电极反应。目前的析氧反应通常需要在较大的过电位下才能进行,且现有的OER催化剂主要作用在强碱或酸性介质,对中性水溶液体系的研究甚少。目前非贵金属OER催化剂多以钴基磷酸盐为核心,多在磷酸盐缓冲溶液内进行催化过程,对不同钴基材料的性能优劣及稳定性的差距欠缺机理解释,且对非缓冲溶液内的电化学性能研究不足。针对这些挑战,本论文制备了钻铁层状双金属氢氧化物材料,将其应用于中性介质下的氧析出催化过程,对催化剂的催化性能进行了研究。主要工作如下：1.以成核晶化隔离法制备得晶型良好,颗粒形貌均一,CO32-插层的钴铁水滑石（CoFe LDH）纳米材料。将这种纳米复合材料应用于中性溶液的氧析出催化反应中,并与相应的尖晶石氧化物和单金属氢氧化物做比较。产物相比于尖晶石或氢氧化物等纳米材料比表面积更大,涂膜后表面粗糙度大,活性位点更突出,在中性磷酸盐缓冲溶液内催化OER反应拥有低起始电位高电...
【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】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１氮气氣气的剌备
无论是酸性或喊性乃至中性水溶液体系下的氧析出即ＯＥＲ反应的反应机制一般??被认为是一个涉及四电子转移的过程，但其整体推进的反应机制目前尚有不清楚的部??分，针对其中间过程己有许多推断假说被提出Ｗ解决ＯＥＲ催化剂的开发问题，图１－３??所描述的就是Ｐｔ贵金属傕化剂在水溶液体系下强酸或强碱电解液内的两种惟化ＯＥＲ??机理示意图。相比与氨析出电位，氧析出电化学反应的电位更高更难レ：ｉｌ达到。??为了对ＯＥＲ反应的催化全过程动态及催化活性物质的作用机理有一个更深刻??的理解，有人对反应全过程中的塔菲尔斜率（６）、析氧电流密度（ｙ〇）?Ｗ及反应中间??体的化学结合能吉布斯自由能改变变量（ＡＧ）等一系列涉及化学热力学及化学动力??学的实验参数进行观察记录和理论推导１１１１。??０Ｈ２?０Ｈ??如ｔ二二皆兰如ｔ、?ｐＨ。??＇Ｉ、?＇?Ｉ、??ＯＨ??？？?ｐ＊?－?＋０Ｈ－，?－ｅ三？？?Ｉ－?＊??＇Ｉ、、?＇?Ｉ、??ＯＨ?〇?ＰＨ１４??＇Ｉ、－?Ｈ２０?＇?ｉ、??图１－３强酸强城性水体系中ＯＥＲ过程。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｔｈｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ＯＥＲ?ｉｎ?ａｃｉｄ?ｏｒ?ａｌｋａｌｉｎｅ?ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．??根据化学键能理论计算的结果，反应产物中间体的含氧双键基和径基之间的结合??能能级差（ＡＧＳｏｏ．?－?ＡＧ若．）被用来当作析氧催化难易承担的重要标巧，设计评价对??应的催化剂活性时亦是重要的指标，不同的活性物质材料做催化剂时都对应了不同的??＂兰角锥型＂曲线特性。该曲线符合赛比特定律：当惟化剂材料与水溶液接触面的活??性位点与氧中间体的结合能强度太弱时
并测试其电化学性能［Ｍｌ。通过溶剂热处理法在乙醇溶液中将产物修饰在ＦＴＯ表??面，薄片层状的Ｃｏ（ＯＨ）２六方片为中屯、，在其表面沉积了密集花环状的Ａｕ纳米簇，??形成了一种类海胆结构的纳米复合材料，如图１－８所示。测试结果表面产物相比于一??般氧化物，氨氧化物Ｗ及ＣｏＰｉ类材料在中性ＯＥＲ催化方面拥有明显的优势，拥有低??氧析出起始电位和高电流密度的优势，是一种极具潜力的中性ＯＥＲ电催化剂。这种??髙效催化活性一方面来自于Ｃｏ（ＯＨ）２本身的大比表面积，与溶液接触面大，另一方面??也归功于Ａｕ元素降低了?Ｃｏ元素价态转化时的电子能，而并非Ａｕ本身的ＯＥＲ催化??作用。另一方面，Ａｕ元素的添加可Ｗ显著降低复合材料整体的电负性，从而加强了??物质的碱性。??圓圓??ｍｍ??图１－８花环状Ａｕ￣Ｃｏ（ＯＨ）２纳米簇ＳＥＭ表征ＩＭＩ。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－８?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｗｒｅａｔｈ－ｓｈａｐｅｄ?Ａｕ￣Ｃｏ（ＯＨ）２?ｍｉｃｒｏｃｌｕｓ化巧。４｜．??继Ｃｏ（ＯＨ）２这种单金属氨氧化物后，对水滑石类材料这种双金属氨氧化物在中性??ＯＥＲ催化方向的开发也受到了广泛关注，有工作者开始将水滑石作为中性ＯＥＲ电催??化剂使用
本文编号：2935864
【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】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１氮气氣气的剌备
无论是酸性或喊性乃至中性水溶液体系下的氧析出即ＯＥＲ反应的反应机制一般??被认为是一个涉及四电子转移的过程，但其整体推进的反应机制目前尚有不清楚的部??分，针对其中间过程己有许多推断假说被提出Ｗ解决ＯＥＲ催化剂的开发问题，图１－３??所描述的就是Ｐｔ贵金属傕化剂在水溶液体系下强酸或强碱电解液内的两种惟化ＯＥＲ??机理示意图。相比与氨析出电位，氧析出电化学反应的电位更高更难レ：ｉｌ达到。??为了对ＯＥＲ反应的催化全过程动态及催化活性物质的作用机理有一个更深刻??的理解，有人对反应全过程中的塔菲尔斜率（６）、析氧电流密度（ｙ〇）?Ｗ及反应中间??体的化学结合能吉布斯自由能改变变量（ＡＧ）等一系列涉及化学热力学及化学动力??学的实验参数进行观察记录和理论推导１１１１。??０Ｈ２?０Ｈ??如ｔ二二皆兰如ｔ、?ｐＨ。??＇Ｉ、?＇?Ｉ、??ＯＨ??？？?ｐ＊?－?＋０Ｈ－，?－ｅ三？？?Ｉ－?＊??＇Ｉ、、?＇?Ｉ、??ＯＨ?〇?ＰＨ１４??＇Ｉ、－?Ｈ２０?＇?ｉ、??图１－３强酸强城性水体系中ＯＥＲ过程。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｔｈｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ＯＥＲ?ｉｎ?ａｃｉｄ?ｏｒ?ａｌｋａｌｉｎｅ?ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．??根据化学键能理论计算的结果，反应产物中间体的含氧双键基和径基之间的结合??能能级差（ＡＧＳｏｏ．?－?ＡＧ若．）被用来当作析氧催化难易承担的重要标巧，设计评价对??应的催化剂活性时亦是重要的指标，不同的活性物质材料做催化剂时都对应了不同的??＂兰角锥型＂曲线特性。该曲线符合赛比特定律：当惟化剂材料与水溶液接触面的活??性位点与氧中间体的结合能强度太弱时
并测试其电化学性能［Ｍｌ。通过溶剂热处理法在乙醇溶液中将产物修饰在ＦＴＯ表??面，薄片层状的Ｃｏ（ＯＨ）２六方片为中屯、，在其表面沉积了密集花环状的Ａｕ纳米簇，??形成了一种类海胆结构的纳米复合材料，如图１－８所示。测试结果表面产物相比于一??般氧化物，氨氧化物Ｗ及ＣｏＰｉ类材料在中性ＯＥＲ催化方面拥有明显的优势，拥有低??氧析出起始电位和高电流密度的优势，是一种极具潜力的中性ＯＥＲ电催化剂。这种??髙效催化活性一方面来自于Ｃｏ（ＯＨ）２本身的大比表面积，与溶液接触面大，另一方面??也归功于Ａｕ元素降低了?Ｃｏ元素价态转化时的电子能，而并非Ａｕ本身的ＯＥＲ催化??作用。另一方面，Ａｕ元素的添加可Ｗ显著降低复合材料整体的电负性，从而加强了??物质的碱性。??圓圓??ｍｍ??图１－８花环状Ａｕ￣Ｃｏ（ＯＨ）２纳米簇ＳＥＭ表征ＩＭＩ。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－８?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｗｒｅａｔｈ－ｓｈａｐｅｄ?Ａｕ￣Ｃｏ（ＯＨ）２?ｍｉｃｒｏｃｌｕｓ化巧。４｜．??继Ｃｏ（ＯＨ）２这种单金属氨氧化物后，对水滑石类材料这种双金属氨氧化物在中性??ＯＥＲ催化方向的开发也受到了广泛关注，有工作者开始将水滑石作为中性ＯＥＲ电催??化剂使用
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