基于铜和镍非贵金属产氢体系的研究

发布时间：2021-03-25 01:02

　　目前,世界上面临着两大问题即能源和环境问题,一方面能源的需求和消耗逐渐增加,另一方面化石能源储量正逐年减少,同时传统矿物燃料（煤、石油和天然气）的大量使用已经引起了诸多环境问题,如空气污染和温室效应,后者潜在地导致灾难性的气候变化。为了取代化石燃料,以可持续的方法利用可再生能源尤为迫切,目前全球可持续的清洁能源多种多样,包括太阳能、风能、潮汐能、核能、生物质能、氢能等,其中氢能被认为是二十一世纪最理想的清洁能源,因其热值高、燃烧产物只有水,原料来源于地球上储量丰富的水,因此氢能的开发和利用具有广阔的前景。水分解反应由于在热力学上不能自发进行,需要外界能量输入,电和光是常见的能量输入形式,即电催化水分解、光催化水分解和光电化学水分解,同时水分解包括阳极氧化生成氧气（O2）和阴极还原形成氢气（H2）两个半反应均涉及多电子的转移过程,不可避免地会引入反应动力学能垒,因此导致两个半反应的发生需要外加大于标准电极电势电压,从而产生过电势。为了降低反应能垒,开发廉价、稳定、高效的催化剂扮演重要的角色。对于水还原反应,贵金属Pt是目前最高效的产氢催化剂,但高昂的成本和匮乏的资源限制了它的大规模使用,... 

【文章来源】：陕西师范大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

催化剂17催化水氧化机理图

＜ｙ?￣％??图１－７催化剂１７催化水氧化机理图。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－７?Ｐｒｏｐｏｓｅｄ?ｗａｔｅｒ?ｏｘｉｄａｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｕｓｉｎｇ?１７?ａｓ?ａ?ｃａｔａｌｙｓｔ．??］２＋??ａｒｘｃ，Ｎ〇??＿争??１８?１９??图１－８水氧化催化剂１８，１９结构。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－８?Ｔｈｅ?ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?１８，?１９．??另一方面，降低水氧化能垒的策略可通过设计多核的过渡金属催化剂，实现??多金属位点电子转移的灵活性。这一方法和自然界光合系统ｎ中水氧化体系非常??相似，通过化学氧化、光催化实现多核Ｃｏ催化剂水氧化己经有报道，如Ｃ〇４０４??８??

Ｅ?（Ｖ?ｖｓ?ｆｅｒｒｏｃｅｎｅ）?４??图１－１１水还原催化剂２５结构和产氢机理图。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１１?Ｔｈｅ?ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?２５?ａｎｄ?ｉｔｓ?ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ．??ｃｃ：?：）Ｄ??ｕ?ｕ??ｄｑｐｄｈ２??［Ｃｕ｛ＤＱＰＤ｝］２?［Ｃｕ（ＤＱＰＤＨ）ｒ??图１－１２配体结构、水还原催化剂２６结构和双核和单核配合物间的转化图。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１２?Ｔｈｅ?ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌｉｇａｎｄ，?２６?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｉｎｔｅｒｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｈｅ?ｄｉｍｅｒ??ａｎｄ?ｍｏｎｏｍｅｒ?ｃｏｍｐｌｅｘ．??２０１７年，Ｐａｄｈｉ课题组报道了一个吡啶桥联的双核铜产氢催化剂［Ｃｕ（ＤＱＰＤ）］２??２６，它不仅能电催化产氢也能光催化产氢，如图１－１２［４８］。通过紫外可见光谱、循??环伏安实验证明了该中性双核铜催化剂可以通过加入两个当量的ｐＴｓＯＨ转化为??单核的铜催化剂［Ｃｕ（ＤＱＰＤＨ）］＋，该单核的催化剂能在乙酸作为质子源，??ＤＭＦ／Ｈ２Ｏ（Ｖ：Ｖ?＝?９５：５）体系中电催化产氢，在扫速１００ｍＶｓ＿１条件下，ＴＯＦ值??１２??


本文编号：3098731