低能耗电解制氢用NiMoO 4 -P/NF阴极与NiFe/NiMoO 4 /NF阳极研究
发布时间：2021-03-30 09:05
为了解决能源短缺和环境污染所带来的一系列问题,有必要寻找一种清洁无污染的新能源。氢气作为最有发展潜力的新能源逐渐受到人们的关注。而电解水制氢作为一种生产高纯氢的方法,可以将可再生风能和太阳能的间歇电能转化/储存起来。电解水反应由阴极上的析氢反应（HER）和阳极上的析氧反应（OER）两个半反应组成。然而由于阴极和阳极上的过电位较大,导致较低的电解水效率。目前,最高效的HER催化剂是Pt系贵金属催化剂,最有效的OER催化剂是Ru和Ir系的贵金属催化剂。然而这些贵金属材料的稀缺性,高成本和差的稳定性极大限制了其大规模应用的潜力。因此开发出一种具有高催化活性,低过电位和良好的稳定性的地球资源丰富,成本低廉的过渡金属电催化剂就变得至关重要。本论文利用水热反应在泡沫镍生长出的钼酸镍微米柱作为前驱体,再通过磷化法和电沉积法制备出NiMo04-P/NF和NiFe/NiMo04/NF电极,并将其分别作为析氢和析氧催化剂,应用于全水电解中,主要研究内容如下:首先在泡沫镍基底上通过水热反应制备出了镍钼基前驱体NiMoO4/NF,形成微米柱结构,然后利用磷化法将P元素掺杂入NiMoO4/NF形成NiMo04-...
【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】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１电解水装置图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｄｅｖｉｃｅ?ｏｆ?ｗａｔｅｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ??
大于１２０?ｍＶ?ｄｅｃ－１时，Ｖｏｌｍｅｒ反应被认为是速率控制步骤。??同时氢原子在电极表面的吸附和脱附也是一对相互竞争的反应，当吸附反应太强??时，很容易形成氢气，但相应的氢气不容易逸出，而当脱附反应过强时，则氢气不易??形成１３８］。因此，只有在吸附和脱附反应之间找到一个平衡点，才能更好地表现出析氢??活性。科学家们通常会用氢吸附自由能（ＡＧＨ）来表示催化剂的催化活性，即吸附氢??与催化剂表面之间相互作用的吉布斯自由能（ＡＧＨ）会与交换电流密度ｊ〇存在一个火??山型的关系，如下图１．２??ｄ?厂￣??????．！??心?ＨＥＲ??／?？ＩＮ?？?＼??／?⑶一、、??０，〇?１?／?ｉｒ?％?Ｖ??．裏；?／?／?％ｖ４？?、．％??／ａ??，／氅噴＞，娜?＼Ｔ’、、??＊?Ｙ?、圳ｉ？ｉ、??——，，—－；．．．．．．油，??？？８?＊０４?０．０?０４?０．．８??图１－２吉布斯自由能ＡＧＨ与交换电流密度ｊ〇的火山型关系??４??
，掺入了?Ｃｏ和Ｎｉ两种元素，制备出了?Ｃｏ／Ｎｉ－Ｍｏ〇２??催化剂，活性位点包括Ｃｏ／Ｎｉ部分与Ｍｏ０２部分，两者相互优化的协同作用能够显著??改善析氢过程中的金属与Ｈ的键能，能够有效加速电子传递过程以及氢的快速释放过??程’有效降低析氢过电位。??３?Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ：??ｉ〇〇〇ｃ?ｉ８ｈ?＞??Ａｎｎｅａｌｉｎｇ?ｔｒｅａｔｍｅｎｔ?＾??－?，?．?．?ａｍｍｏｎｉｕｍ?ｍｏｌｙｂｄａｔｅ?＾＾ｎｉｃｋｅ｜ｆ〇ａｍ?？似??ｓｏｌｕｔｉｏｎ??＿關＿??图１－５?（ａ）生长在泡沫镍上多孔Ｍｏ０２纳米片的制备流程（ｂ－ｃ）直接在泡沫镍上合成多孔??Ｍｏ０２纳米片不同扫描倍数的ＳＥＭ俯视图（ｄ）多孔Ｍｏ０２纳米片ＳＥＭ侧视图??Ｆｉｇ．?１－５?（ａ）?Ｔｈｅ?ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ?ｓｔｅｐｓ?ｏｆ?ｐｏｒｏｕｓ?Ｍ０Ｏ２?ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ?ｏｎ?ｎｉｃｋｅｌ?ｆｏａｍ?ｄｉｒｅｃｔｌｙ?（ｂ－ｃ）?ＳＥＭ??ｔｏｐ－ｖｉｅｗ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｐｏｒｏｕｓ?Ｍ０Ｏ２?ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ?ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ?ｏｎ?ｎｉｃｋｅｌ?ｆｏａｍ?ｄｉｒｅｃｔｌｙ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??ｍａｇｎｉｆｉ?ｃａｔｉｏｎｓ?（ｄ）?ＳＥＭ?ｓｉｄｅ－ｖｉｅｗ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｐｏｒｏｕｓ?Ｍ０Ｏ２?ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ??ＮｉＯ作为电催化剂，由于其低的电导率和差的催化活性，使得其本身析氢性能并??不理想，但是同样的，当掺入其他元素共同形成复合结构后，就能够显著改善其电催??化活性＿。如图１－６所示，Ｓｅｅｒａｍ［５１】课题组通过简单的静电纺丝法和退火处理法制备??出了聚丙烯腈碳基的ＮｉＯ／Ｎｉ纳米纤维
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国可再生能源及可再生能源制氢发展概况[J]. 宋时莉,李黎明,赵宇,朱艳兵. 科技风. 2017(18)
[2]实现2020年15%非化石能源目标路径研究[J]. 程路,蒋莉萍,白建华,贾德香,辛颂旭. 中国能源. 2010(08)
本文编号：3109261
【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】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１电解水装置图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｄｅｖｉｃｅ?ｏｆ?ｗａｔｅｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ??
大于１２０?ｍＶ?ｄｅｃ－１时，Ｖｏｌｍｅｒ反应被认为是速率控制步骤。??同时氢原子在电极表面的吸附和脱附也是一对相互竞争的反应，当吸附反应太强??时，很容易形成氢气，但相应的氢气不容易逸出，而当脱附反应过强时，则氢气不易??形成１３８］。因此，只有在吸附和脱附反应之间找到一个平衡点，才能更好地表现出析氢??活性。科学家们通常会用氢吸附自由能（ＡＧＨ）来表示催化剂的催化活性，即吸附氢??与催化剂表面之间相互作用的吉布斯自由能（ＡＧＨ）会与交换电流密度ｊ〇存在一个火??山型的关系，如下图１．２??ｄ?厂￣??????．！??心?ＨＥＲ??／?？ＩＮ?？?＼??／?⑶一、、??０，〇?１?／?ｉｒ?％?Ｖ??．裏；?／?／?％ｖ４？?、．％??／ａ??，／氅噴＞，娜?＼Ｔ’、、??＊?Ｙ?、圳ｉ？ｉ、??——，，—－；．．．．．．油，??？？８?＊０４?０．０?０４?０．．８??图１－２吉布斯自由能ＡＧＨ与交换电流密度ｊ〇的火山型关系??４??
，掺入了?Ｃｏ和Ｎｉ两种元素，制备出了?Ｃｏ／Ｎｉ－Ｍｏ〇２??催化剂，活性位点包括Ｃｏ／Ｎｉ部分与Ｍｏ０２部分，两者相互优化的协同作用能够显著??改善析氢过程中的金属与Ｈ的键能，能够有效加速电子传递过程以及氢的快速释放过??程’有效降低析氢过电位。??３?Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ：??ｉ〇〇〇ｃ?ｉ８ｈ?＞??Ａｎｎｅａｌｉｎｇ?ｔｒｅａｔｍｅｎｔ?＾??－?，?．?．?ａｍｍｏｎｉｕｍ?ｍｏｌｙｂｄａｔｅ?＾＾ｎｉｃｋｅ｜ｆ〇ａｍ?？似??ｓｏｌｕｔｉｏｎ??＿關＿??图１－５?（ａ）生长在泡沫镍上多孔Ｍｏ０２纳米片的制备流程（ｂ－ｃ）直接在泡沫镍上合成多孔??Ｍｏ０２纳米片不同扫描倍数的ＳＥＭ俯视图（ｄ）多孔Ｍｏ０２纳米片ＳＥＭ侧视图??Ｆｉｇ．?１－５?（ａ）?Ｔｈｅ?ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ?ｓｔｅｐｓ?ｏｆ?ｐｏｒｏｕｓ?Ｍ０Ｏ２?ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ?ｏｎ?ｎｉｃｋｅｌ?ｆｏａｍ?ｄｉｒｅｃｔｌｙ?（ｂ－ｃ）?ＳＥＭ??ｔｏｐ－ｖｉｅｗ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｐｏｒｏｕｓ?Ｍ０Ｏ２?ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ?ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ?ｏｎ?ｎｉｃｋｅｌ?ｆｏａｍ?ｄｉｒｅｃｔｌｙ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??ｍａｇｎｉｆｉ?ｃａｔｉｏｎｓ?（ｄ）?ＳＥＭ?ｓｉｄｅ－ｖｉｅｗ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｐｏｒｏｕｓ?Ｍ０Ｏ２?ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ??ＮｉＯ作为电催化剂，由于其低的电导率和差的催化活性，使得其本身析氢性能并??不理想，但是同样的，当掺入其他元素共同形成复合结构后，就能够显著改善其电催??化活性＿。如图１－６所示，Ｓｅｅｒａｍ［５１】课题组通过简单的静电纺丝法和退火处理法制备??出了聚丙烯腈碳基的ＮｉＯ／Ｎｉ纳米纤维
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国可再生能源及可再生能源制氢发展概况[J]. 宋时莉,李黎明,赵宇,朱艳兵. 科技风. 2017(18)
[2]实现2020年15%非化石能源目标路径研究[J]. 程路,蒋莉萍,白建华,贾德香,辛颂旭. 中国能源. 2010(08)
本文编号：3109261
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