用于析氢电催化的金属镍的表界面调控研究
发布时间：2021-03-23 18:34
能源问题和环境问题一直是近些年来的关注热点,世界各国致力于新能源的开发和利用。氢能因为能量密度高,无污染,可再生等优点,被认为是未来最有发展前景的能量载体。电解水制氢因为制备的氢气纯度高,技术相对比较成熟受到广泛青睐,但是工业上电解水制氢电压（1.8-2V）比理论上的电解水电压（1.23V）高很多,造成了极大的能量损失,能量损失主要来源于阴阳极催化剂的过电位。众所周知,贵金属Pt及其化合物是很好的析氢催化剂,但是其过高的成本限制了它的应用,因此开发高效,低成本,稳定性好的非贵金属析氢催化剂对于电解水制氢工业有很重要的意义。过渡金属/金属氧化物（金属氢氧化物）异质结催化剂有堪比Pt的催化活性,金属有合适的氢吸附自由能,金属氧化物（氢氧化物）可以促进水的分解及中间产物的脱附,将二者结合可以获得高效的电解水析氢催化剂。但是,目前对金属/金属氧化物（氢氧化物）异质结催化剂的界面调控研究还很缺乏,而且金属/氧化物（氢氧化物）催化剂在长期测试中,氧化物会被还原为金属,导致催化剂失活。本论文以制备出高效稳定的基于非贵金属的析氢催化剂为目的,以电沉积的镍纳米片为基础,通过三种不同的手段调控氧化物的分布...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电解水示意图
图 1-2 析氢反应机理示意图[21]Figure 1-2 Schematic diagram of the mechanism of hydrogen evolution reaction1.3 析氢催化剂的研究进展大量的实验和研究结果表明，影响电解水阴极析氢材料催化活性的因素主要有两个：几何因素和能量因素[22]。几何因素主要是指催化剂的表面形貌及比表面积。比表面积越大，催化活性位点越多，电解液和催化剂实际接触面积越大，催化活性越好。因此研究者大多将催化剂负载到三维基体上或是通过改变制备方法及条件制备三维多孔形貌的催化剂来增加催化剂的比表面积。而能量因素，主要是指调控催化剂的金属-H 键键能、表面缺陷、催化剂晶型。如若催化剂有一个合适的金属氢键键能，则利于氢原子的吸附和脱附，催化活性好；表面缺陷可以作为催化活性位点，通过控制表面缺陷可以
很大程度地提高 Pt 的利用率。Cheng 等[26]，通过 ALD（原子层沉积）技术，在氮掺杂的石墨烯上成功合成了 Pt 单原子簇催化剂，通过简单地控制 ALD 的循环次数来调节 P颗粒的尺寸及密度。通过 XAS 技术及密度泛函计算证明 Pt 原子确实呈单层分布，最大程度地提高了 Pt 的利用率。通过电化学测试，ALDPt/NGNs 催化剂表现出比商业 Pt/C电极更优异的活性及稳定性。此外他们还证明，沉积的金属和负载基体间相互作用的强弱对制备的催化剂的稳定性有很大影响，如若相互作用弱，则沉积的金属容易发生聚集，并导致颗粒长大。许多研究还致力于将贵金属 Pt 和催化活性好的过渡金属及其化合物复合，这样可以很大程度地减少 Pt 的用量，降低生产成本。Cao 等[27]，用 NaBH4还原法制备了 PtNiCu 纳米链催化剂，镍促进了水的解离及中间体的产生；Cu 促进了氢与中间体的解离，并有效增加了电子转移速率；Pt 为氢原子提供位点并形成氢分子从表面脱附。铜镍原子的协同作用极大地促进了 Pt 活性位点的再生，不仅暴露了活性最好的（110）晶面，而且还暴露了高指数的晶面，提高了其 HER 活性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]水电解制氢非贵金属催化剂的研究进展[J]. 常进法,肖瑶,罗兆艳,葛君杰,刘长鹏,邢巍. 物理化学学报. 2016(07)
[2]储能用质子交换膜电解池的发展现状[J]. 程俊,叶芳,张伟,郭航,马重芳. 化学与生物工程. 2015(01)
博士论文
[1]铝合金表面钛/锆转化膜的着色及性能优化[D]. 易爱华.华南理工大学 2012
[2]电沉积Ni-S合金析氢阴极材料及析氢机理的研究[D]. 袁铁锤.中南大学 2008
硕士论文
[1]高性能镍基超级电容器电极材料的制备研究[D]. 王兰.华南理工大学 2015
[2]碱性电解水析氢电极研究[D]. 徐超.湖南大学 2011
本文编号：3096235
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电解水示意图
图 1-2 析氢反应机理示意图[21]Figure 1-2 Schematic diagram of the mechanism of hydrogen evolution reaction1.3 析氢催化剂的研究进展大量的实验和研究结果表明，影响电解水阴极析氢材料催化活性的因素主要有两个：几何因素和能量因素[22]。几何因素主要是指催化剂的表面形貌及比表面积。比表面积越大，催化活性位点越多，电解液和催化剂实际接触面积越大，催化活性越好。因此研究者大多将催化剂负载到三维基体上或是通过改变制备方法及条件制备三维多孔形貌的催化剂来增加催化剂的比表面积。而能量因素，主要是指调控催化剂的金属-H 键键能、表面缺陷、催化剂晶型。如若催化剂有一个合适的金属氢键键能，则利于氢原子的吸附和脱附，催化活性好；表面缺陷可以作为催化活性位点，通过控制表面缺陷可以
很大程度地提高 Pt 的利用率。Cheng 等[26]，通过 ALD（原子层沉积）技术，在氮掺杂的石墨烯上成功合成了 Pt 单原子簇催化剂，通过简单地控制 ALD 的循环次数来调节 P颗粒的尺寸及密度。通过 XAS 技术及密度泛函计算证明 Pt 原子确实呈单层分布，最大程度地提高了 Pt 的利用率。通过电化学测试，ALDPt/NGNs 催化剂表现出比商业 Pt/C电极更优异的活性及稳定性。此外他们还证明，沉积的金属和负载基体间相互作用的强弱对制备的催化剂的稳定性有很大影响，如若相互作用弱，则沉积的金属容易发生聚集，并导致颗粒长大。许多研究还致力于将贵金属 Pt 和催化活性好的过渡金属及其化合物复合，这样可以很大程度地减少 Pt 的用量，降低生产成本。Cao 等[27]，用 NaBH4还原法制备了 PtNiCu 纳米链催化剂，镍促进了水的解离及中间体的产生；Cu 促进了氢与中间体的解离，并有效增加了电子转移速率；Pt 为氢原子提供位点并形成氢分子从表面脱附。铜镍原子的协同作用极大地促进了 Pt 活性位点的再生，不仅暴露了活性最好的（110）晶面，而且还暴露了高指数的晶面，提高了其 HER 活性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]水电解制氢非贵金属催化剂的研究进展[J]. 常进法,肖瑶,罗兆艳,葛君杰,刘长鹏,邢巍. 物理化学学报. 2016(07)
[2]储能用质子交换膜电解池的发展现状[J]. 程俊,叶芳,张伟,郭航,马重芳. 化学与生物工程. 2015(01)
博士论文
[1]铝合金表面钛/锆转化膜的着色及性能优化[D]. 易爱华.华南理工大学 2012
[2]电沉积Ni-S合金析氢阴极材料及析氢机理的研究[D]. 袁铁锤.中南大学 2008
硕士论文
[1]高性能镍基超级电容器电极材料的制备研究[D]. 王兰.华南理工大学 2015
[2]碱性电解水析氢电极研究[D]. 徐超.湖南大学 2011
本文编号：3096235
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