宽pH值稳定、高活性析氢电催化剂的结构设计与性能研究

发布时间：2021-06-17 11:35

　　社会经济的迅猛发展,不可再生能源的持续消耗,以及随之而来的环境污染问题日益严峻。因此,在保护环境的同时,建立全球可持续能源系统是解决问题的关键。氢能是21世纪最具发展前景的清洁能源之一,电解水是可持续制氢的有效途径。常用的电解水设备有:碱性电解槽、质子交换膜（PEM）电解槽等。然而,不同的电解池对电极材料的要求不同,碱性电解池所用的电解液是强碱性溶液,需要抗碱性的催化剂;而PEM电解池一般在强酸性条件下,需要耐酸腐蚀的催化剂。因此,开发宽pH值稳定的高效水裂解催化剂是有必要的。纳米碳材料由于其独特的结构,能够耐酸碱腐蚀,可用作宽pH范围的水裂解催化剂。本论文以纳米碳复合材料为主要研究对象,设计合成宽pH值稳定、高活性析氢电催化剂,并阐明其结构与性能之间的关系。本论文的主要研究内容如下:一、以廉价的尿素和六水合氯化钴为原料,在惰性气氛下高温煅烧,制备了钴嵌入的氮掺杂碳纳米管（U-CNT）。所得U-CNT在宽pH范围（0-14）都具有优异的催化活性,尤其是中性条件下（pH 7）,电流密度达到10 mA cm^-2仅需过电势240mV。另外,海水资源丰富、不需要进一步处理... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

以电催化为基础的可持续能源景观示意图

燃烧产物是水，无污染，是一种理想的能源载体[氢气主要途径有：甲烷蒸汽重整、煤的气化和电解水[4]。其仍需要化石燃料，对环境造成影响，而电解水的过程无污染术将在未来能源发展过程中起到巨大的作用。包括两个反应，阴极析氢反应（HER）和阳极氧析出反应（OE有效的催化剂加速动力学反应从而提高反应效率。因此，选化水裂解技术的关键。开发高效率，高性价比和绿色环保的的发展至关重要[1]。解概述术

第 1 章 绪论应时产生法拉第损失。电催化析氢的法拉第效率通过比较实验产生的 H2的量（气相色谱法）与理论计算产生的 H2（通过恒电流产生的电子数计算理论产生的氢气）。通常情况下，理想的电催化析氢催化剂的法拉第效率接近 100%。1.3 不同 pH 条件下的碳基析氢电催化剂纳米碳材料具有可调控的结构，灵活的化学组成，优异的导电性和结构稳定性，已被广泛应用于电催化析氢反应[23-29]。即使如此，与过渡金属化合物[30-33]相比，催化活性仍有较大的差距。为了进一步改善催化剂的活性，将纳米碳材料与活性金属复合是一种有效的策略。

【参考文献】：
博士论文
[1]水裂解催化剂的表面结构调控与性能研究[D]. 冯亮亮.吉林大学 2016



本文编号：3235119