空心磷化物纳米颗粒的合成及其电催化性能研究
发布时间：2021-06-11 06:02
电解水制氢是未来清洁生产氢能的可能途径。过渡金属磷化物纳米材料在电解水中作为阴极氢气析出催化剂具有优异的催化活性,而空心结构的纳米材料有望进一步提升其催化活性。本论文围绕空心铁基磷化物纳米材料的合成、表征及其氢气析出电催化性能展开研究,具体内容如下:第一部分选用氧化铁纳米颗粒作为空心磷化铁纳米材料的前驱体。通过选择具有不同沸点的溶剂调控合成温度制备出了不同粒径大小且均一的氧化铁纳米颗粒,通过离子交换的方法制备空心磷化铁纳米材料。我们研究了磷化条件（即磷化温度与磷化升温速率）对空心磷化铁纳米材料形貌和相态的影响。经过电化学测试之后,发现所得空心磷化物纳米颗粒的活性与尺寸呈火山型关系,尺寸过小时空心结构难以利用,尺寸过大时材料比表面积减小,均不利于析氢反应的进行。平均粒径为9.1 nm,磷化温度为350℃,磷化升温速率为20℃/min的磷化升温速率制备出的空心磷化铁纳米材料催化剂拥有很高的HER活性,其驱动10 mA/cm2的析氢电流密度所需的过电势仅为125 mV。第二部分我们沿用之前的研究结果,以MFe204（M=Mn,Fe,Co,Cu）型反尖晶石型结构的纳米颗粒为中间体,仅以简单的两...
【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】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２单极式电解槽示意图??Ｆｉｇ．１－２?Ｓｉｎｇｌｅ?ｐｏｌｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｅｒ?ｐｒｏｃｅｓｓ??
?第一章绪论???在工业上，电解水的电压通常为１．６５?Ｖ至２．２?Ｖ，电流密度为１０００?Ａ／ｍ２至２０００??Ａ／ｍ２。电解池构成整个系统的核心，其结构有两种类型分为单极和双极两种。单极电??解池中并联组成电极，如图１?－２所示［１１］；而双极电解池的电极是由串联的方式组成的，??如图１－３所示［川：??Ｈ：?ｊ０２?＾?Ｈ＾ｉ〇！?（１?ｈＪｏ，??ｉｆｌｌｌｉｌ??７?＼??阴极?ＰＨ极?横頦祺??（Ｃａｔｈｏｄｅ）?（Ａｎｏｄｅ）?（Ｄｉａｐｈｒａｇｍ）?（Ｃｏｎｉａｍｅｒ）??图１－３双极式电解槽示意图??Ｆｉｇ．１－３?Ｂｉｐｏｌａｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｅｒ?ｐｒｏｃｅｓｓ??当前，大多数工业电解池是双极电解池。电解池的电解效率也是我们需要去考虑??的一个指标，通过调整施加到电解池电解的电压和电流，就可以找到最佳电解效率的??外部电源条件。通过开发新的电极材料，补充材料和新的电解池结构可以达到这种要??求。??当然，还有质子交换膜水电解池也是工业上常见的电解池，ＰＥＭ的结构与ＰＥＭ??燃料电池基本相同，主要由还是由质子交换膜组成的膜电极（ＭＥＡ）和由催化剂组成??的分布式多孔电极组成，这种结构可以增加膜电极的预传输能力并扩大反应空间。然??后将该层连接到催化多孔层的催化层的两端。膜电极的两端具有用于水和气体流动的??通道，即流场的流场板也用作集流的主轴。流场板是相互绝缘的板和起到辅助作用的??端板，如图１－４所示［１２］：??Ｐｕｌｙｍｅｒ?ｍｔｍｂｎｕｍ??．丨”，：：．．＇．飞?ｊ?ｊ??〇２?＿?／｜＾＂酸?Ａ??＇?丨：ｔ?吗！?，ｐ〇ｒｃｅ??Ａｎｏｄｅ?Ｕ?叫?１１＇＾?Ｃ
?第一章绪论???在工业上，电解水的电压通常为１．６５?Ｖ至２．２?Ｖ，电流密度为１０００?Ａ／ｍ２至２０００??Ａ／ｍ２。电解池构成整个系统的核心，其结构有两种类型分为单极和双极两种。单极电??解池中并联组成电极，如图１?－２所示［１１］；而双极电解池的电极是由串联的方式组成的，??如图１－３所示［川：??Ｈ：?ｊ０２?＾?Ｈ＾ｉ〇！?（１?ｈＪｏ，??ｉｆｌｌｌｉｌ??７?＼??阴极?ＰＨ极?横頦祺??（Ｃａｔｈｏｄｅ）?（Ａｎｏｄｅ）?（Ｄｉａｐｈｒａｇｍ）?（Ｃｏｎｉａｍｅｒ）??图１－３双极式电解槽示意图??Ｆｉｇ．１－３?Ｂｉｐｏｌａｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｅｒ?ｐｒｏｃｅｓｓ??当前，大多数工业电解池是双极电解池。电解池的电解效率也是我们需要去考虑??的一个指标，通过调整施加到电解池电解的电压和电流，就可以找到最佳电解效率的??外部电源条件。通过开发新的电极材料，补充材料和新的电解池结构可以达到这种要??求。??当然，还有质子交换膜水电解池也是工业上常见的电解池，ＰＥＭ的结构与ＰＥＭ??燃料电池基本相同，主要由还是由质子交换膜组成的膜电极（ＭＥＡ）和由催化剂组成??的分布式多孔电极组成，这种结构可以增加膜电极的预传输能力并扩大反应空间。然??后将该层连接到催化多孔层的催化层的两端。膜电极的两端具有用于水和气体流动的??通道，即流场的流场板也用作集流的主轴。流场板是相互绝缘的板和起到辅助作用的??端板，如图１－４所示［１２］：??Ｐｕｌｙｍｅｒ?ｍｔｍｂｎｕｍ??．丨”，：：．．＇．飞?ｊ?ｊ??〇２?＿?／｜＾＂酸?Ａ??＇?丨：ｔ?吗！?，ｐ〇ｒｃｅ??Ａｎｏｄｅ?Ｕ?叫?１１＇＾?Ｃ
【参考文献】：
期刊论文
[1]氢能促进我国能源系统清洁低碳转型的应用及进展[J]. 伊文婧,梁琦,裴庆冰. 环境保护. 2018(02)
[2]中国氢能发展的思考[J]. 王赓,郑津洋,蒋利军,陈健,韩武林,陈霖新. 科技导报. 2017(22)
[3]水电解制氢非贵金属催化剂的研究进展[J]. 常进法,肖瑶,罗兆艳,葛君杰,刘长鹏,邢巍. 物理化学学报. 2016(07)
[4]燃料电池阴极氧还原电极材料研究进展[J]. 蔺洁. 化工技术与开发. 2016(05)
[5]氢气氧化/析出反应电催化剂（英文）[J]. 卢思奇,庄仲滨. Science China Materials. 2016(03)
博士论文
[1]质子交换膜燃料电池Pt/C电催化剂和膜电极的研究[D]. 朱科.天津大学 2005
硕士论文
[1]过渡金属氧化物空心结构和磷化物核壳结构的设计及其高效储能研究[D]. 杨娇.重庆大学 2017
本文编号：3223970
【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】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２单极式电解槽示意图??Ｆｉｇ．１－２?Ｓｉｎｇｌｅ?ｐｏｌｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｅｒ?ｐｒｏｃｅｓｓ??
?第一章绪论???在工业上，电解水的电压通常为１．６５?Ｖ至２．２?Ｖ，电流密度为１０００?Ａ／ｍ２至２０００??Ａ／ｍ２。电解池构成整个系统的核心，其结构有两种类型分为单极和双极两种。单极电??解池中并联组成电极，如图１?－２所示［１１］；而双极电解池的电极是由串联的方式组成的，??如图１－３所示［川：??Ｈ：?ｊ０２?＾?Ｈ＾ｉ〇！?（１?ｈＪｏ，??ｉｆｌｌｌｉｌ??７?＼??阴极?ＰＨ极?横頦祺??（Ｃａｔｈｏｄｅ）?（Ａｎｏｄｅ）?（Ｄｉａｐｈｒａｇｍ）?（Ｃｏｎｉａｍｅｒ）??图１－３双极式电解槽示意图??Ｆｉｇ．１－３?Ｂｉｐｏｌａｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｅｒ?ｐｒｏｃｅｓｓ??当前，大多数工业电解池是双极电解池。电解池的电解效率也是我们需要去考虑??的一个指标，通过调整施加到电解池电解的电压和电流，就可以找到最佳电解效率的??外部电源条件。通过开发新的电极材料，补充材料和新的电解池结构可以达到这种要??求。??当然，还有质子交换膜水电解池也是工业上常见的电解池，ＰＥＭ的结构与ＰＥＭ??燃料电池基本相同，主要由还是由质子交换膜组成的膜电极（ＭＥＡ）和由催化剂组成??的分布式多孔电极组成，这种结构可以增加膜电极的预传输能力并扩大反应空间。然??后将该层连接到催化多孔层的催化层的两端。膜电极的两端具有用于水和气体流动的??通道，即流场的流场板也用作集流的主轴。流场板是相互绝缘的板和起到辅助作用的??端板，如图１－４所示［１２］：??Ｐｕｌｙｍｅｒ?ｍｔｍｂｎｕｍ??．丨”，：：．．＇．飞?ｊ?ｊ??〇２?＿?／｜＾＂酸?Ａ??＇?丨：ｔ?吗！?，ｐ〇ｒｃｅ??Ａｎｏｄｅ?Ｕ?叫?１１＇＾?Ｃ
?第一章绪论???在工业上，电解水的电压通常为１．６５?Ｖ至２．２?Ｖ，电流密度为１０００?Ａ／ｍ２至２０００??Ａ／ｍ２。电解池构成整个系统的核心，其结构有两种类型分为单极和双极两种。单极电??解池中并联组成电极，如图１?－２所示［１１］；而双极电解池的电极是由串联的方式组成的，??如图１－３所示［川：??Ｈ：?ｊ０２?＾?Ｈ＾ｉ〇！?（１?ｈＪｏ，??ｉｆｌｌｌｉｌ??７?＼??阴极?ＰＨ极?横頦祺??（Ｃａｔｈｏｄｅ）?（Ａｎｏｄｅ）?（Ｄｉａｐｈｒａｇｍ）?（Ｃｏｎｉａｍｅｒ）??图１－３双极式电解槽示意图??Ｆｉｇ．１－３?Ｂｉｐｏｌａｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｅｒ?ｐｒｏｃｅｓｓ??当前，大多数工业电解池是双极电解池。电解池的电解效率也是我们需要去考虑??的一个指标，通过调整施加到电解池电解的电压和电流，就可以找到最佳电解效率的??外部电源条件。通过开发新的电极材料，补充材料和新的电解池结构可以达到这种要??求。??当然，还有质子交换膜水电解池也是工业上常见的电解池，ＰＥＭ的结构与ＰＥＭ??燃料电池基本相同，主要由还是由质子交换膜组成的膜电极（ＭＥＡ）和由催化剂组成??的分布式多孔电极组成，这种结构可以增加膜电极的预传输能力并扩大反应空间。然??后将该层连接到催化多孔层的催化层的两端。膜电极的两端具有用于水和气体流动的??通道，即流场的流场板也用作集流的主轴。流场板是相互绝缘的板和起到辅助作用的??端板，如图１－４所示［１２］：??Ｐｕｌｙｍｅｒ?ｍｔｍｂｎｕｍ??．丨”，：：．．＇．飞?ｊ?ｊ??〇２?＿?／｜＾＂酸?Ａ??＇?丨：ｔ?吗！?，ｐ〇ｒｃｅ??Ａｎｏｄｅ?Ｕ?叫?１１＇＾?Ｃ
【参考文献】：
期刊论文
[1]氢能促进我国能源系统清洁低碳转型的应用及进展[J]. 伊文婧,梁琦,裴庆冰. 环境保护. 2018(02)
[2]中国氢能发展的思考[J]. 王赓,郑津洋,蒋利军,陈健,韩武林,陈霖新. 科技导报. 2017(22)
[3]水电解制氢非贵金属催化剂的研究进展[J]. 常进法,肖瑶,罗兆艳,葛君杰,刘长鹏,邢巍. 物理化学学报. 2016(07)
[4]燃料电池阴极氧还原电极材料研究进展[J]. 蔺洁. 化工技术与开发. 2016(05)
[5]氢气氧化/析出反应电催化剂（英文）[J]. 卢思奇,庄仲滨. Science China Materials. 2016(03)
博士论文
[1]质子交换膜燃料电池Pt/C电催化剂和膜电极的研究[D]. 朱科.天津大学 2005
硕士论文
[1]过渡金属氧化物空心结构和磷化物核壳结构的设计及其高效储能研究[D]. 杨娇.重庆大学 2017
本文编号：3223970
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3223970.html
