炭载Pt电析氢催化剂活性位辨认及调控机制
发布时间：2021-10-16 17:57
电催化分解水制氢（Hydrogenevolution reaction,HER）是获取高纯度氢气和实现氢能可持续分布式存储的重要途径。尽管商业化铂炭（Pt/C）催化剂表现出优异的HER活性,但是催化剂成本高、原子利用率低且长期稳定性差,这很大程度上限制了其规模化应用。为此,本论文从催化剂活性位角度出发,首先辨认了 Pt/C电析氢催化剂的主要活性位,其次揭示了催化剂活性位结构和性质对HER活性、动力学行为和稳定性的影响规律,最终研制出原子利用率高和稳定性好的Pt/C电析氢催化剂。主要研究结果如下:（1）采用晶体原子结构模型计算方法,关联基于活性位数目计算的催化剂活性（TOF）随金属颗粒粒径变化的关系,辨识出Pt（100）面为HER主导活性位,并揭示了 Pt基HER催化剂的粒径效应本质:当Pt颗粒粒径≥2.1 nm时,发现催化剂活性差异主要是Pt活性位数目差异引起的,而当Pt颗粒粒径<2.1 nm时,存在显著的电子效应,发现缺电子的Pt颗粒有利于提高HER活性。（2）阐明了 Pt前驱体类型以及还原方式和气氛对Pt基催化剂活性位数量、局域环境及电子性质的调变规律,发现以氯铂酸为前驱体、...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１不同制氢方法的成本对比ＨＵ??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｃｏｓｔ?ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｍｅｔｈｏｄｓ［１１］??，
第４页?华东理工大学硕士学位论文??：爾！［編＿—、；??！人?ｉｎｆ?１１１?Ｓｉｉｒ！?ｉ??！?ＣＺ：?Ｉ?：！?ｉ?Ｘ?Ｘ?Ｔ，：??ｐｉ?ｐｎ?ｖ＾Ｐ９＜｜９ｇ９｜?ｉ?Ｈ?ＰＩ?Ｐ！Ｒ｜?１??＿?ｉｒ?丨?Ｈ關１？＿??Ｑ?Ｑ?＿Ｊ?！?；?ｑ?Ｑ?Ｄ????、?，、?―一，??图１．２研宄思路及内容??Ｆｉｇ．１．２?Ｔｈｅ?ｉｄｅａｓ?ａｎｄ?ｃｏｎｔｅｎｔ?ｏｆ?ｒｅｓｅａｒｃｈ??
华东理工大学硕士学位论文?第５页??第二章文献综述??２．１电解水析氢??目前，通过新能源发电与电解水制氢耦合，可以有效地将可再生能源转化为间歇性??电能，继而转化为高效的化学能（氢能），提高可再生能源利用效率［１，２］。并且，电解水??析氢的过程中无碳排放，仅需要水与电能就可产氢，产物氢气可直接用作工业原料和能??源气体而无需额外分离工序；这与蒸汽重整制氢等石化原料制氢方法形成鲜明对比［１６］，??具体电解过程如图２．１。??Ｃａｔｈｏｄｅ?－?ｎＡＡ＾??＋?Ａｎｏｄｅ??＿??图２．１电解水模型??Ｆｉｇ．２．１?Ｔｈｅ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｗａｔｅｒ?ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ??电解水析氢优点虽然十分明显，但其缺点在于催化剂使用成本过高，这无疑是制约??它大规模工业化的阿克琉斯之蹢。电解水由两部分反应组成：阴极发生析氢反应（ＨＥＲ），??阳极发生析氧反应（ＯＥＲ）。目前来看，阴极反应中Ｐｔ基催化剂展现出了无与伦比??的高交换电流密度（ｊｏ）与低塔菲尔斜率［｜９］。但是Ｐｔ催化剂受限于其高昂的价格与稀少??的产量，很大程度上制约了电解水析氢的工业化生产［２Ｇ，２１］。所以，如何高效利用Ｐｔ，制??备出高活性高稳定性的Ｐｔ催化剂，无疑是推进电解水析氢大规模工业化利用的重中之重。??２．１．１反应参数??电解水析氢反应是裂解水过程中的阴极半反应，相对于标准氢电极、ｐＨ?＝?０时，理??想析氢电极反应的电势ｆｇ＋／Ｈ２Ｃ）?＝〇Ｖ［２２］。然而与其他化学反应相同，热力学平衡时的反??应过程是在理想状态下无额外的能量损耗下就能实现，而在现实条件下，其平衡电势必??然不可能为０Ｖ。电解水析氢过程同样需要额外的能量来推动反应
【参考文献】：
博士论文
[1]炭载Pt基复合物催化制氢的反应动力学行为及调控规律[D]. 陈文尧.华东理工大学 2018
本文编号：3440250
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１不同制氢方法的成本对比ＨＵ??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｃｏｓｔ?ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｍｅｔｈｏｄｓ［１１］??，
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华东理工大学硕士学位论文?第５页??第二章文献综述??２．１电解水析氢??目前，通过新能源发电与电解水制氢耦合，可以有效地将可再生能源转化为间歇性??电能，继而转化为高效的化学能（氢能），提高可再生能源利用效率［１，２］。并且，电解水??析氢的过程中无碳排放，仅需要水与电能就可产氢，产物氢气可直接用作工业原料和能??源气体而无需额外分离工序；这与蒸汽重整制氢等石化原料制氢方法形成鲜明对比［１６］，??具体电解过程如图２．１。??Ｃａｔｈｏｄｅ?－?ｎＡＡ＾??＋?Ａｎｏｄｅ??＿??图２．１电解水模型??Ｆｉｇ．２．１?Ｔｈｅ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｗａｔｅｒ?ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ??电解水析氢优点虽然十分明显，但其缺点在于催化剂使用成本过高，这无疑是制约??它大规模工业化的阿克琉斯之蹢。电解水由两部分反应组成：阴极发生析氢反应（ＨＥＲ），??阳极发生析氧反应（ＯＥＲ）。目前来看，阴极反应中Ｐｔ基催化剂展现出了无与伦比??的高交换电流密度（ｊｏ）与低塔菲尔斜率［｜９］。但是Ｐｔ催化剂受限于其高昂的价格与稀少??的产量，很大程度上制约了电解水析氢的工业化生产［２Ｇ，２１］。所以，如何高效利用Ｐｔ，制??备出高活性高稳定性的Ｐｔ催化剂，无疑是推进电解水析氢大规模工业化利用的重中之重。??２．１．１反应参数??电解水析氢反应是裂解水过程中的阴极半反应，相对于标准氢电极、ｐＨ?＝?０时，理??想析氢电极反应的电势ｆｇ＋／Ｈ２Ｃ）?＝〇Ｖ［２２］。然而与其他化学反应相同，热力学平衡时的反??应过程是在理想状态下无额外的能量损耗下就能实现，而在现实条件下，其平衡电势必??然不可能为０Ｖ。电解水析氢过程同样需要额外的能量来推动反应
【参考文献】：
博士论文
[1]炭载Pt基复合物催化制氢的反应动力学行为及调控规律[D]. 陈文尧.华东理工大学 2018
本文编号：3440250
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3440250.html
