镍铁基多级复合材料的制备及其碱性电催化水分解研究

发布时间：2021-04-20 15:05

　　近年来,经济的发展加速了能源的消耗。传统能源如石油、煤、天然气等的大量使用严重加剧了环境污染。这就导致开发可代替传统能源的绿色环保并且可再生的能源材料刻不容缓。研究进展发现,氢能源（H₂）燃烧的能量密度高且是传统汽油密度的三倍,同时燃烧后产物是无污染的水。因此,这一能源引起了广泛的关注,人们着力于发展为可替代传统能源的清洁能源。然而,传统工业制氢的方法主要是由甲烷蒸汽的重整制备的。尽管氢能源无污染,但该方法制备过程中会产生副产物（CO₂、CO等）,同样会严重污染环境。针对这一问题,电化学水分解制氢技术（2H₂O=O₂?+2H₂?）被认为是最有前途的储能和转化方法之一。电化学水分解过程涉及两个半反应,一个是析氧反应（OER）,另一个是析氢反应（HER）。析氧反应作为阳极半反应,存在四质子和电子转移的耦合过程,因此产生高的过电位,其反应的作用十分有限。而析氢反应作为阴极半反应,是二电子转移过程的反应。在碱性介质中,析氢反应由于缺乏氢离子,前期需要水离解来提供质子,这可能会引入一个额... 

【文章来源】：广西师范大学广西壮族自治区

【文章页数】：119 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 水分解反应的工作机理
        1.2.1 析氧反应
        1.2.2 析氢反应
    1.3 电化学水分解基本参数的评估
        1.3.1 过电位
        1.3.2 塔菲尔斜率与交换电流密度
        1.3.3 电化学阻抗
        1.3.4 电容斜率和交换频率
        1.3.5 稳定性
        1.3.6 法拉第效率
    1.4 电化学水分解催化剂的研究进展
        1.4.1 析氧反应
            1.4.1.1 贵金属掺杂电催化剂
            1.4.1.2 过渡金属电催化剂
        1.4.2 析氢反应
            1.4.2.1 贵金属掺杂电催化剂
            1.4.2.2 非贵金属电催化剂
        1.4.3 全水解电催化剂
    1.5 载体材料的分类
        1.5.1 碳布
        1.5.2 碳纳米管
        1.5.3 泡沫镍
        1.5.4 导电玻璃（ITO）
    1.6 本文的研究目的和主要内容
    参考文献
第二章 铁调控镍基金属有机骨架复合材料的制备及电化学氧析出性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验药品与试剂
        2.2.2 实验仪器
        2.2.3 催化剂的制备
        2.2.4 催化电极的制备及其性能测试
        2.2.5 催化剂的表征
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 晶体结构和微观结构分析
        2.3.2 分子结构和活性表面积分析
        2.3.3 催化剂中各元素价态分析
        2.3.4 催化剂的催化性能测试
    2.4 催化机理分析
    2.5 结论
    参考文献
第三章 溶解-生长法多级结构FE-DY氧化物共调控MOF-NI的制备及其电化学水分解研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验药品与试剂
        3.2.2 实验仪器
        3.2.3 催化剂的制备
        3.2.4 催化电极的制备及其性能测试
        3.2.5 催化剂的表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 晶体结构和微观结构分析
        3.3.2 分子结构和活性表面积分析
        3.3.3 催化剂中各元素价态分析
        3.3.4 催化剂的催化性能测试
    3.4 结论
    参考文献
第四章 双功能海胆状NI-FE双羟基氧化物复合催化剂的制备及其电化学水分解研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验药品与试剂
        4.2.2 实验仪器
        4.2.3 催化剂的制备
        4.2.4 电化学测试
        4.2.5 催化剂的表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 晶体结构和微观结构分析
        4.3.2 催化剂中各元素价态分析
        4.3.3 催化剂的析氧反应（OER）催化性能测试
        4.3.4 催化剂的析氢反应（HER）催化性能测试
        4.3.5 催化剂的工业化应用性能测试
        4.3.6 催化剂的成本评估
    4.4 结论
    参考文献
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 创新与不足
硕士期间已发表论文和专利
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]原位组装在碳纸上的有机金属骨架材料衍生的NC/Co/CoP催化剂用于碱性环境水分解（英文）[J]. 丛美钰,孙德帅,张林林,丁欣.  Chinese Journal of Catalysis. 2020(02)
[2]调控层状双金属氢氧化物电子结构促进氧析出反应（英文）[J]. 黄靓靓,邹雨芹,陈大伟,王双印.  Chinese Journal of Catalysis. 2019(12)
[3]铁诱导生长在碳布上三维纳米多孔铁钴羟基氧化物作为高效电催化析氧反应电极（英文）[J]. 陈国栋,杜健,王西龙,时晓玥,王宗花,梁汉璞.  Chinese Journal of Catalysis. 2019(10)
[4]泡沫镍担载NiCoP纳米片用作高效双功能水分解电催化剂（英文）[J]. 孙旭平.  Chinese Journal of Catalysis. 2019(10)
[5]泡沫镍负载Co-MoC@N-CNS/CNT作为自支撑电极用于全水分解（英文）[J]. 邢江南,林斐,黄柳韬,司玉昌,王一菁,焦丽芳.  Chinese Journal of Catalysis. 2019(09)
[6]Fe5C2 nanoparticles as low-cost HER electrocatalyst:the importance of Co substitution[J]. Siwei Li,Pengju Ren,Ce Yang,Xi Liu,Zhen Yin,Weizhen Li,Hanjun Yang,Jian Li,Xiaoping Wang,Yi Wang,Ruochen Cao,Lili Lin,Siyu Yao,Xiaodong Wen,Ding Ma.  Science Bulletin. 2018(20)
[7]Novel Co3O4 Nanoparticles/Nitrogen-Doped Carbon Composites with Extraordinary Catalytic Activity for Oxygen Evolution Reaction（OER）[J]. Xiaobing Yang,Juan Chen,Yuqing Chen,Pingjing Feng,Huixian Lai,Jintang Li,Xuetao Luo.  Nano-Micro Letters. 2018(01)



本文编号：3149910