铂银贵金属电析氢材料的结构调控与机制研究
发布时间：2021-11-20 21:02
清洁能源的开发和应用对于解决全球面临的能源危机和环境问题至关重要。在众多清洁能源制取技术中,电解水制氢具有工艺过程简单、无污染、制氢效率高、氢气纯度高等优点,受到了人们的广泛关注。我国风力及水力资源丰富,可利用过剩的风能、海洋能及潮汐能作为电解水的能源供体,将其转换为可储存的氢能,在制氢的同时减少能源的浪费。但要实现高效、经济的电解水制氢,需开发性能优异、廉价的析氢反应（HER）电催化材料。目前,性能最优越的HER催化剂为铂基材料,但是其昂贵的价格及极低的地壳含量,限制了纯铂材料在实际中的广泛应用。在贵金属基纳米材料中添加过渡金属（Fe、Co、Ni）可降低催化剂的成本,且双金属之间的协同效应有利于提高其催化活性。通过调控贵金属复合材料的组成、结构及形貌等,可进一步改善其电催化析氢性能,提高HER催化剂的效率及耐用性。本论文利用精准调控的合成方法制备了一系列复合银铂贵金属纳米材料,通过添加过渡金属降低贵金属的含量,并改变催化剂的组成、形貌、原子分布及缺陷等,探究了催化剂结构和电解水析氢活性之间的关系。利用实验与密度泛函理论（DFT）计算相结合的手段,研究了催化剂结构的调控机制以及电解水析...
【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】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１４ＭｏＳ２的优化：（ａ）插入Ｌｉ使２Ｈ相转变为ｎ＾ｔ４４］，?（ｂ）垂直生长ＭｏＳ２［４５］，?（ｃ）ＭｏＳ２的??缺陷调控［４６］，?（ｄ）负载于ＲＧＯ上的ＭｏＳ２［４７］；三层蛋糕状ＣｏＳ２＠ＭｏＳ２／ＲＧＯ的（ｅ）?ＴＥＭ图，（ｆ）??结构示意图，（ｇ）氢吸附自由能［４８］??Ｆｉｇ．?１－４?Ｔｈｅ?ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ?Ｍ０Ｓ２?ｍａｔｅｒｉａｌｓ：?（ａ）?２Ｈ?ｐｈａｓｅ?ｔｒａｎｓｆｅｒ?ｉｎｔｏ?ＩＴ?ｐｈａｓｅ?ｂｙ?Ｌｉ?ｉｎｃｏｒｐｒａｔｉｏｎ，??
的酸性ＨＥＲ催化剂，但质子交换膜电解池在高温??下工作，无法避免电解质酸雾的产生，一方面导致氢气纯度的降低，另一方面会进一??步腐蚀器件。相反，碱性电解槽的工作温度低，腐蚀性小，产生的氢气纯度高，具有??更广阔的应用前景。然而，基于碱性条件下ＨＥＲ的反应机理，氢气的产生需要额外??的水解步骤，因此，开发高效且稳定的碱性ＨＥＲ催化剂更具有挑战性［７４，７＇??＾?十啊－．．．．．．．．．．．—＾??Ｌ?Ｗ＼ｍ??°???■■■■■■?Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?（Ｖ?ｖｓ．?ＲＨＥ）??图１－７？１／０１０％汕（０１１）２催化剂的（ａ）?ＴＥＭ图，（ｂ）?Ｏ．ＩＭＫＯＨ溶液中ＨＥＲ极化曲线［７６】；??Ｐｔ＠２Ｄ－Ｎｉ（ＯＨ）２纳米片的（ｃ）?ＴＥＭ图，（ｄ）?Ｏ．ＩＭＫＯＨ溶液中ＨＥＲ极化曲线ｐ７］??Ｆｉｇ．?１－７?（ａ）?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ａｎｄ?（ｂ）?ＨＥＲ?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅｓ?ｉｎ?ａ?０．１?Ｍ?ＫＯＨ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｆｏｒ?Ｐｔ／Ｃ－１０％??Ｎｉ（ＯＨ）２；?（ｃ）?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅ?ａｎｄ?（ｄ）?ＨＥＲ?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅｓ?ｉｎ?ａ?０．１?Ｍ?ＫＯＨ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｆｏｒ??Ｐｔ＠２Ｄ－Ｎｉ（ＯＨ）２?ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ??近年来，过渡金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）基材料被广泛用于碱性条件的电解水析氢反应??，其中，过渡金属氢氧化物（Ｍ（０Ｈ）２）具有较强的０Ｈ吸附能力，可促进ｈ－〇ｈ??键的断裂，有利于碱性条件下的水解。而Ｐｔ具有较强的Ｈ吸附能力，有利于氢气的??生成。因此，Ｐｔ－Ｍ（ＯＨ）２?（Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）复合材料可能具有优异的碱性ＨＥＲ活性，
?第一章绪论???合物具有最优ＨＥＲ活性，其过电势比单独的Ｐｔ／Ｃ低１５０ｍＶ，而过多的Ｎｉ（ＯＨ）２会阻??碍Ｐｔ活性位的暴露。Ｊｉｎ课题组［７７］将Ｐｔ／Ｃ超声波负载于单层或多层的Ｎｉ（ＯＨ）２纳米片??上，发现单层Ｎｉ（ＯＨ）２更有利于活性的提高，最优组成为Ｐｔ－２０％Ｎｉ（ＯＨ）２，其过电势??比商业Ｐｔ／Ｃ低４２?ｍＶ。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]负载型金属催化剂表面金属分散度的测定[J]. 杨春雁,杨卫亚,凌凤香,范峰. 化工进展. 2010(08)
本文编号：3508093
【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】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１４ＭｏＳ２的优化：（ａ）插入Ｌｉ使２Ｈ相转变为ｎ＾ｔ４４］，?（ｂ）垂直生长ＭｏＳ２［４５］，?（ｃ）ＭｏＳ２的??缺陷调控［４６］，?（ｄ）负载于ＲＧＯ上的ＭｏＳ２［４７］；三层蛋糕状ＣｏＳ２＠ＭｏＳ２／ＲＧＯ的（ｅ）?ＴＥＭ图，（ｆ）??结构示意图，（ｇ）氢吸附自由能［４８］??Ｆｉｇ．?１－４?Ｔｈｅ?ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ?Ｍ０Ｓ２?ｍａｔｅｒｉａｌｓ：?（ａ）?２Ｈ?ｐｈａｓｅ?ｔｒａｎｓｆｅｒ?ｉｎｔｏ?ＩＴ?ｐｈａｓｅ?ｂｙ?Ｌｉ?ｉｎｃｏｒｐｒａｔｉｏｎ，??
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?第一章绪论???合物具有最优ＨＥＲ活性，其过电势比单独的Ｐｔ／Ｃ低１５０ｍＶ，而过多的Ｎｉ（ＯＨ）２会阻??碍Ｐｔ活性位的暴露。Ｊｉｎ课题组［７７］将Ｐｔ／Ｃ超声波负载于单层或多层的Ｎｉ（ＯＨ）２纳米片??上，发现单层Ｎｉ（ＯＨ）２更有利于活性的提高，最优组成为Ｐｔ－２０％Ｎｉ（ＯＨ）２，其过电势??比商业Ｐｔ／Ｃ低４２?ｍＶ。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]负载型金属催化剂表面金属分散度的测定[J]. 杨春雁,杨卫亚,凌凤香,范峰. 化工进展. 2010(08)
本文编号：3508093
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