非贵金属基电催化剂的制备及其电解水析氧（OER）性能的研究

发布时间：2021-05-22 21:32

　　不可再生能源的过度消耗和环境的急剧恶化迫使人们大力发展安全、清洁、高效的可再生新能源,其中,电解水制氢是开发可再生清洁能源氢气最有效的途径。然而,氧气析出（OER）电极催化剂在酸性和碱性水溶液中综合性能最好的是一些储量稀少、价格昂贵的贵金属氧化物,如RuO₂和IrO₂等,这严重制约了电解水装置大规模的商业化应用。因此,开发地球上储量丰富元素的OER电催化剂是实现高效电解水产氢的有效途径。过渡金属（Ni、Co、Fe等）基化合物储量丰富、价格低廉,拥有较高的OER电催化活性和稳定性,受到了科研工作者广泛的关注。本文以开发廉价高效的非贵金属基电催化剂为目标,通过简单的制备过程得到层状结构的NiFe双金属氢氧化物（LDH）和介孔结构的四氧化三钴（Co₃O₄）并对其OER电催化性能进行了研究。本文首先通过改变前驱体的比例合成出不同原子比例的Ni_1-xFe_xOOH（x=0-1）LDH催化剂并经过OER电化学测试确定性能最优的是原子比例为Ni/Fe=5LDH催化剂。Ni... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 电催化分解水的工作原理
    1.3 电催化分解水析氧(OER)反应
    1.4 电催化分解水析氧(OER)反应的催化材料
        1.4.1 贵金属材料
        1.4.2 过渡金属(氢)氧化物
        1.4.3 过渡金属硫(硒、磷)化合物
        1.4.4 非金属材料
    1.5 选题的依据与主要研究内容
2 实验方法
    2.1 实验试剂和实验仪器
    2.2 物理表征及测试方法
        2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)
        2.2.2 透射电子显微镜(TEM)
        2.2.3 X射线衍射(XRD)
        2.2.4 X射线光电子能谱(XPS)
        2.2.5 热重分析(TG)
        2.2.6 低温氮气吸/脱附
    2.3 电化学性能表征和测试方法
        2.3.1 旋转圆盘电极(RDE)测试体系
        2.3.2 循环扫描伏安(CV)和线性扫描伏安(LSV)测试
        2.3.3 塔菲尔斜率(Tafel)分析
        2.3.4 电化学阻抗(EIS)测试
        2.3.5 过电位(η)、转换频率(TOF)以及OER反应表观电化学活化能(E_a)的计算
3 NiFe LDH的合成及其OER性能的研究
    3.1 引言
    3.2 电极材料的制备
        3.2.1 NiFe双金属氢氧化物(LDH)的合成
        3.2.2 浆料的制备
    3.3 物理表征与结果分析
        3.3.1 催化剂的形貌
        3.3.2 催化剂的TG曲线分析
        3.3.3 催化剂X射线衍射分析
        3.3.4 催化剂X射线光电子能谱分析
    3.4 OER电化学性能测试分析
        3.4.1 掺Fe量对NiFe LDH的 OER电催化性能的影响
        3.4.2 pH对NiFe LDH的 OER电催化性能的影响
        3.4.3 温度对NiFe LDH的 OER电催化性能的影响
    3.5 本章小结
4 缺陷Co_3O_4的合成及其OER性能的研究
    4.1 引言
    4.2 电极材料的制备
        4.2.1 SBA-15 的制备
        4.2.2 Co_3O_(4-δ)的制备
        4.2.3 F的掺杂
        4.2.4 浆料的制备
    4.3 物理表征与结果分析
        4.3.1 催化剂的形貌
        4.3.2 催化剂X射线衍射分析
        4.3.3 催化剂X射线光电子能谱分析
        4.3.4 催化剂的比表面积和孔隙分布
    4.4 OER电化学性能测试分析
        4.4.1 有氧空位的Co_3O_(4-δ)催化剂
        4.4.2 掺F处理的Co_3O_(4-δ)催化剂
    4.5 本章小结
5 全文总结
    5.1 主要结论
    5.2 展望
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]制氢技术现状分析及发展[J]. 王昊.  化工设计通讯. 2018(11)
[2]应用于空间燃料电池的氢技术研究进展[J]. 唐林江,张宝林,陈滔,张彬彬,万成安.  空间电子技术. 2018(03)
[3]电解制氢与氢储能[J]. 俞红梅,衣宝廉.  中国工程科学. 2018(03)
[4]中国能源发展及其对经济与环境的影响[J]. 张波,杨艳丽,徐小宁.  能源与环境. 2015(03)



本文编号：3201697