多酸基静电纺丝复合材料的结构设计及催化析氢反应性能研究

发布时间：2021-04-17 02:21

　　当今世界人类面临的可持续发展的主要问题是能源与环境问题。在各种新能源战略中,使用氢气作为主要载体,通过建设能源基础设施,将氢能源使用到不同的用途中,可以实现能源的安全和清洁。为此,氢气的有效储存、生产和运输是能否大规模利用氢能源的关键要素。所以眼下最具前景并且没有使用化石燃料的制氢方法是电解水制氢的方法,但是由于铂钯等这些传统的贵金属材料用作电解水析氢的电极催化剂有着价格昂贵、储量有限等问题,严重限制了电解水制氢技术的发展,因此,目前研究的重点是开发低成本、能够大规模合成的析氢催化剂,以使水分解过程更加节能和经济。本文以多金属氧酸盐为基底,采用静电纺丝和化学气相沉积的方法合成了硒化钼硒化钨纳米片异质结构,合成了有着大比表面积和高导电性的材料,增大了活性位点的暴露,提高了催化活性。本文不仅合成了具有高效析氢反应催化效果的阴极材料,同时还探索了材料的形貌、结构、不同的生长维度和尺寸对于催化析氢反应效果的影响,探索材料的各个性质与析氢催化活性之间的关系。本文应用巧妙的构思将新结构与新技术相结合,在静电纺丝纳米碳纤维上负载钴钼基碳化物和过渡金属硫族化合物异质结纳米片材料,利用低成本原材料和简单... 

【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】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１?２０１７年ＢＰ世界能源利用情况统计图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?ＢＰ?Ｗｏｒｌｄ?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ?ｙｅａｒｂｏｏｋ，?ｗｏｒｌｄ?ｅｎｅｒｇｙ?ｕｓａｇｅ?ｉｎ?２０１７??

燃烧产物为水，不会对环境造成污染，所以氢气成为了一种受到广泛关注、被认??为能够替代化石燃料的能源，持续高效的制氢方法己经成为世界上的科学家研宄??的重点课题［８］。如图１－２所示在工业大规模生产制备中，生产氢气的方法有很多??种，包括电解法、裂解烃类法、烃类蒸汽转化法等等，其中电解水制氢的这种方??法虽然需要消耗一定的电能，但是电能可以通过其他的方式方法以清洁无污染的??方式得来，电解水制氢具有较高的裂解速率，并且全程清洁无污染，原料丰富可??再生，是一种高效地能够持续制氢的手段［９］。??１．２电解水析氢??１．２．１电解水析氢的概述??在目前人们进行研宄的制氢方法中，电解水析氢法己经成为一种己经可以进??行工业应用的成熟方法。电解水的过程如图１－３所示，众所周知，氢和氧燃烧能??够生成水，而电解水制氢的过程就是这一反应的逆过程。水的分解需要消耗一定??量的电能

图１－３电解水过程示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ?ｗａｔｅｒ?ｐｒｏｃｅｓｓ??电化学能量转换过程包括如图１－４所示四个过程，包括氧气还原反应（ｏｘｙｇｅｎ??ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ?ｒｅａｃｔｉｏｎ），析氧反应（ｏｘｙｇｅｎ?ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｒｅａｃｔｉｏｎ），析氢反应（ｈｙｄｒｏｇｅｎ??ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｒｅａｃｔｉｏｎ）和氢气氧化反应（ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｏｘｉｄａｔｉｏｎ?ｒｅａｃｔｉｏｎ）这四个过程［１２］。??图中所示的四个反应可以分为两个可逆反应对。其中通过平衡电位（ｕ０）为ｏｖ??的红色曲线是与可逆氧电极（ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ?ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）相关的ＨＥＲ和ＨＯＲ。??另一个是涉及氧的ＯＲＲ和ＯＥＲ，用蓝色曲线表示，ＵＧ为１．２３，相对于ＲＨＥ［１３Ｌ??虽然这些反应是可逆的，但是ＵＧ的四个半电池反应的极化曲线的形状并不相同：??即使具有非常高的超电势，ＨＥＲ和ＯＥＲ通常服从Ｂｕｔｌｅｒ－Ｖｏｌｍｅｒ模型，而ＨＯＲ??由于传质速率的限制，ＯＲＲ在较高的超电势处接近常数值［１４］。近年来，这些反??应己被广泛研宄，并被视为探索更复杂的多电子转移过程的基石。由于反应物、??产物和标准氧电极（ｓｔａｎｄａｒｄ?ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）的定义简单，ＨＥＲ－ＨＯＲ可被视??为电催化中最简单的反应。这有助于ＨＥＲ－ＨＯＲ活性的理论研宄

【参考文献】：
期刊论文
[1]氢能的制备、存储与应用[J]. 尚福亮,杨海涛.  广东化工. 2006(02)

博士论文
[1]类石墨烯过渡金属硫化物/石墨烯复合纳米材料的合成及其电化学储锂性能的研究[D]. 常焜.浙江大学 2011



本文编号：3142624