非贵金属基（Ni Co Mo）多级结构的制备及其电催化氧化水合肼性能研究
发布时间：2021-11-26 22:23
伴随能源枯竭和环境恶化问题的加剧,氢能源作为绿色环保的二次能源,逐步进入人们的视野。其中电解水制氢凭借简单、无污染的工艺过程和高纯度产氢等优点渐渐被广泛投入使用。但电解水制氢的实际电解槽压较高,电耗大。在应急制氢场景中,如何减少电化学产氢的电能消耗,以降低对电力资源的严重依赖是一个有意义的挑战。基于氧化水合肼反应（HzOR）和析氢反应（HER）的电解产氢是一种有前景的电解制氢方法,具有绿色环保、不含碳副产物排放等优点。并且,电解水合肼（N2H4）所需的电解电压（400～600mV）远低于电解水的电解电压。当前,最常用的高性能非贵金属电催化剂,在10 mA cm-2电流密度下HzOR的过电位高达300～500 mV,且在0 V（vs.RHE）电位下电流密度仅为数毫安每平方厘米,限制了电解水合肼制氢的能量效率和产氢速率。因此,设计调控制备具有低过电位、高效率HzOR电催化剂成为本文主要研究目的。本文主要研究内容如下:（1）CuxO@NiCoP/NF多级结构电极设计制备与HzOR性能研究:通过水热-高温磷化法,在基底泡沫镍（NF）上原位生长NiCoP纳米线,再在NiCoP纳米线上原位电沉积C...
【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】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３?Ｎｉ－Ｃｏ－Ｓｅ恒电流密度２００?ｍＡｃｎｒ２电催化氧化水合肼长时间稳定性测试，内插图为稳定??性测试前后ＬＳＶ测试对比??
?北京化工大学硕士论文???快速将中间体Ｈａｄ转换为Ｈ２。因此，设计制备金属氧化物－贵金属结合的催化剂，来提??高其ＨＥＲ电催化性能，其中金属氧化物为水的解离提供了活性位点，而贵金属为中??间体Ｈａｄ吸附提供了位点并随后结合形成出。如Ｒａｍ?Ｓｕｂｂａｒａｍａｎ等人［５２］通过电沉积??方法在Ｐｔ（ｌ?１１）上电沉积Ｎｉ（ＯＨ）２制备的Ｎｉ（０Ｈ）２／Ｐｔ催化剂，表现优异的ＨＥＲ催化活??性，具体ＨＥＲ反应过程如图１－１４所示。在碱性溶液中，Ｎｉ（ＯＨ）２／Ｐｔ的电催化活性相??对Ｐｔ单晶提高了?８倍。??顯辛一、—＇屢??图１－１４?Ｎｉ（ＯＨ）２／Ｐｔ电极表面上ＨＥＲ过程示意图??Ｆｉｇ．１－１４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＨＥＲ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｎ?ｔｈｅ?Ｎｉ（０Ｈ）２／Ｐｔ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｓｕｒｆａｃｅ．??根据氢吸附自由能的火山图，金属铑Ｒｈ的ＡＧＨ＊非常小，接近于Ｐｔ，因此可以用??作Ｐｔ的替代物。近年来，一些研究主要通过调整Ｒｈ纳米材料的形貌、过渡金属对Ｒｈ??的合金化以及在不同载体上负载Ｒｈ纳米颗粒三种方法来提高Ｒｈ基催化剂在水分解??过程中的催化性能。??Ｋｕｎｄｕ等［５３］在氮掺杂的碳上负载Ｒｈ和Ｒｈ２０３纳米粒子，制备有优异ＨＥＲ电催化??活性的Ｒｈ－Ｒｈ２０３－ＮＰｓ／Ｃ催化剂。在电解水过程中，Ｒｈ为氢吸附的活性位点，Ｒｈ２〇３??为ＯＨ？的吸附位点，具有高导电性的氮掺杂碳作为集流体，三者间的协同作用，使得??Ｒｈ－Ｒｈ２０３－ＮＰｓ／Ｃ催化剂在碱性介质中的电催化活性甚至优于Ｐｔ／Ｃ。??ｋ＼ｉＬ．．．．．．?Ｊ?螳娜表??图１－１５?Ｒｈ－Ｒｈ２０３－
?第一章绪论???１．４．２非贵金属镍基催化剂??镍和镍基合金对ＨＥＲ具有出色的电催化活性，并且在强碱溶液中具有突出的化??学稳定性和强的机械稳定性。镍基双金属合金，例如镍－钻，镍－钼，镍－铜等，因其金??属间的协同作用优化了活性边缘位点和优异的耐酸碱腐蚀性能，因而被广泛用作ＨＥＲ??催化剂。??图１－１６显示Ｎｉｎｇ?Ｙａｏｙａｏ等［５４］通过水热和电沉积方法在ＮＦ上制备３Ｄ蘑链状??ＮｉＣｏ基催化剂，ＮｉＣｏ／ＮｉＣｏ２Ｓ４＠ＮｉＣｏ／ＮＦ材料表现优异的ＨＥＲ、ＯＥＲ双功能性能。??由于外壳ＮｉＣｏ－ＬＤＨ和内核ＮｉＣｏ２Ｓ４纳米管间的协同作用，该材料具有高能量转换效??率、快速的电荷传输和丰富的表面活性位点，因而表现优异的电催化活性。??＿誉｜｜｜?會??［Ｍｉ，Ｃ？ＸＣ〇＾．〇Ｈ?ｙＨ，０?ＮｔＣｏ＾＾＾ｌＦ?ＮｉＣｏ＾＾ＮｉＣｏ＾ｌＦ?ＮｉＣｏ＾ｉＣｏ＾＾ＮｉＣＶＮＦ??＿ＩＨ隠国??图ｌ－１６ＮｉＣｏ／ＮｉＣ〇２Ｓ４＠ＮｉＣｏ／ＮＦ制备流程图，电镜图和碱性溶液中电解水性能测试图??Ｆｉｇ．?１－１６?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ，?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅａ?ａｎｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｄ?ｗａｔｅｒ?ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ?ｃｈａｒｔ?ｉｎ?ａｌｋａｌｉｎｅ??ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ＮｉＣｏ／ＮｉＣ〇２Ｓ４＠ＮｉＣｏ／ＮＦ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ．??此外，Ｎｉ－Ｍｏ由于其固有的电催化活性和恰当的氢结合能，因而对ＨＥＲ表现出??优异的活性。然而，ＮｉＭｏ合金性能不够高，导致总效率低和能耗高。而进一步提高??ＮｉＭｏ合金的催化活性可从内外两种方法实现，一是可以通过调控电子结构来控制合??金
【参考文献】：
期刊论文
[1]氢能源的利用现状分析[J]. 赵永志,蒙波,陈霖新,王赓,郑津洋,顾超华,张鑫,张俊峰. 化工进展. 2015(09)
博士论文
[1]碳基超级电容器电极材料的C3N4模板法制备及其电化学性能[D]. 刘静华.哈尔滨工业大学 2019
本文编号：3521030
【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】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３?Ｎｉ－Ｃｏ－Ｓｅ恒电流密度２００?ｍＡｃｎｒ２电催化氧化水合肼长时间稳定性测试，内插图为稳定??性测试前后ＬＳＶ测试对比??
?北京化工大学硕士论文???快速将中间体Ｈａｄ转换为Ｈ２。因此，设计制备金属氧化物－贵金属结合的催化剂，来提??高其ＨＥＲ电催化性能，其中金属氧化物为水的解离提供了活性位点，而贵金属为中??间体Ｈａｄ吸附提供了位点并随后结合形成出。如Ｒａｍ?Ｓｕｂｂａｒａｍａｎ等人［５２］通过电沉积??方法在Ｐｔ（ｌ?１１）上电沉积Ｎｉ（ＯＨ）２制备的Ｎｉ（０Ｈ）２／Ｐｔ催化剂，表现优异的ＨＥＲ催化活??性，具体ＨＥＲ反应过程如图１－１４所示。在碱性溶液中，Ｎｉ（ＯＨ）２／Ｐｔ的电催化活性相??对Ｐｔ单晶提高了?８倍。??顯辛一、—＇屢??图１－１４?Ｎｉ（ＯＨ）２／Ｐｔ电极表面上ＨＥＲ过程示意图??Ｆｉｇ．１－１４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＨＥＲ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｎ?ｔｈｅ?Ｎｉ（０Ｈ）２／Ｐｔ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｓｕｒｆａｃｅ．??根据氢吸附自由能的火山图，金属铑Ｒｈ的ＡＧＨ＊非常小，接近于Ｐｔ，因此可以用??作Ｐｔ的替代物。近年来，一些研究主要通过调整Ｒｈ纳米材料的形貌、过渡金属对Ｒｈ??的合金化以及在不同载体上负载Ｒｈ纳米颗粒三种方法来提高Ｒｈ基催化剂在水分解??过程中的催化性能。??Ｋｕｎｄｕ等［５３］在氮掺杂的碳上负载Ｒｈ和Ｒｈ２０３纳米粒子，制备有优异ＨＥＲ电催化??活性的Ｒｈ－Ｒｈ２０３－ＮＰｓ／Ｃ催化剂。在电解水过程中，Ｒｈ为氢吸附的活性位点，Ｒｈ２〇３??为ＯＨ？的吸附位点，具有高导电性的氮掺杂碳作为集流体，三者间的协同作用，使得??Ｒｈ－Ｒｈ２０３－ＮＰｓ／Ｃ催化剂在碱性介质中的电催化活性甚至优于Ｐｔ／Ｃ。??ｋ＼ｉＬ．．．．．．?Ｊ?螳娜表??图１－１５?Ｒｈ－Ｒｈ２０３－
?第一章绪论???１．４．２非贵金属镍基催化剂??镍和镍基合金对ＨＥＲ具有出色的电催化活性，并且在强碱溶液中具有突出的化??学稳定性和强的机械稳定性。镍基双金属合金，例如镍－钻，镍－钼，镍－铜等，因其金??属间的协同作用优化了活性边缘位点和优异的耐酸碱腐蚀性能，因而被广泛用作ＨＥＲ??催化剂。??图１－１６显示Ｎｉｎｇ?Ｙａｏｙａｏ等［５４］通过水热和电沉积方法在ＮＦ上制备３Ｄ蘑链状??ＮｉＣｏ基催化剂，ＮｉＣｏ／ＮｉＣｏ２Ｓ４＠ＮｉＣｏ／ＮＦ材料表现优异的ＨＥＲ、ＯＥＲ双功能性能。??由于外壳ＮｉＣｏ－ＬＤＨ和内核ＮｉＣｏ２Ｓ４纳米管间的协同作用，该材料具有高能量转换效??率、快速的电荷传输和丰富的表面活性位点，因而表现优异的电催化活性。??＿誉｜｜｜?會??［Ｍｉ，Ｃ？ＸＣ〇＾．〇Ｈ?ｙＨ，０?ＮｔＣｏ＾＾＾ｌＦ?ＮｉＣｏ＾＾ＮｉＣｏ＾ｌＦ?ＮｉＣｏ＾ｉＣｏ＾＾ＮｉＣＶＮＦ??＿ＩＨ隠国??图ｌ－１６ＮｉＣｏ／ＮｉＣ〇２Ｓ４＠ＮｉＣｏ／ＮＦ制备流程图，电镜图和碱性溶液中电解水性能测试图??Ｆｉｇ．?１－１６?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ，?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅａ?ａｎｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｄ?ｗａｔｅｒ?ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ?ｃｈａｒｔ?ｉｎ?ａｌｋａｌｉｎｅ??ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ＮｉＣｏ／ＮｉＣ〇２Ｓ４＠ＮｉＣｏ／ＮＦ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ．??此外，Ｎｉ－Ｍｏ由于其固有的电催化活性和恰当的氢结合能，因而对ＨＥＲ表现出??优异的活性。然而，ＮｉＭｏ合金性能不够高，导致总效率低和能耗高。而进一步提高??ＮｉＭｏ合金的催化活性可从内外两种方法实现，一是可以通过调控电子结构来控制合??金
【参考文献】：
期刊论文
[1]氢能源的利用现状分析[J]. 赵永志,蒙波,陈霖新,王赓,郑津洋,顾超华,张鑫,张俊峰. 化工进展. 2015(09)
博士论文
[1]碳基超级电容器电极材料的C3N4模板法制备及其电化学性能[D]. 刘静华.哈尔滨工业大学 2019
本文编号：3521030
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