钼镍基全解水电催化材料的设计及性能研究

发布时间：2021-12-11 05:39

　　人类目前正处于能源危机的情况,开发新能源已经是迫在眉睫了,氢能以其卓越的优势逐渐引起了人们的关注,研究价格相对便宜的非贵金属催化剂是氢能可以大量使用的关键。以钼和镍元素为基础,通过不同种钼与镍化合物的结合以及调控形貌的方法以获得高性能催化剂是本文研究的主要内容。（1）碳化钼由于其具有独特的金属性以及导电性的特点被广泛的应用于催化剂,但是其催化性能表现不是很突出,因此开发高性能的碳化钼基催化剂显得很有意义。研究发现镍离子具有较强的水分解能力,同时钼具有较强的氢吸附能力,将两者结合可以有效的促进电解水的性能。利用吸附法成功的将钼与镍以2:1的比例吸附到葡萄糖碳球上,之后高温碳化,获得Ni/Mo₂C-CS在10 mA/cm²下的析氢性能大幅度的提升,明显优于单纯的Ni和Mo₂C,析氧性能也有所提高。（2）将催化剂生长在泡沫镍上时可以防止颗粒之间的团聚,从而提高催化剂与电解液的接触面积,但是泡沫镍由于其自身较差的亲水性,水热之后在泡沫镍上形成的颗粒较大,尺寸不均匀的前驱体,从而影响催化性能,不利于应用于催化剂。为了改进材料的形貌... 

【文章来源】：江西理工大学江西省

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

电流密度与氢吸附能的关系[2]

第一章绪论3H++e-HadsVolmerstep式1.2H++Hads+e-H2Heyrovskystep式1.32HadsH2Tafelstep式1.4碱性条件下：总反应:2H2O+2e-→H2+2OH-式1.5H2O+e-Hads+OH-Volmerstep式1.6H2O+Hads+e-H2+OH-Heyrovskystep式1.72HadsH2Tafelstep式1.81.2.2析氧反应介绍析氧反应是水裂解的另外一个重要的反应过程，具体过程就是水中的阴离子得到电子之后转化为氧气。由于析氧反应涉及到中间体O*,OOH*和OH*以及四电子-质子耦合反应过程，使得析氧反应的反应动力学比较缓慢。因此目前的大量的研究都在致力于利用非贵金属制备电催化剂，得到可以大量减少反应过电位，以及促进材料的反应动力学。同时由于在酸性以及碱性条件下材料的析氧机理是不同的，相同的材料在性能上是不同的，具体的反应机理如下。酸性条件：总反应：2H2O(l)→O2(g)+4H++4e-式1.9M+H2O(l)→MOH+H++e-式1.10MOH+OH-→MO+H2O(l)+e-式1.112MO→2M+O2(g)式1.12MO+H2O(l)→MOOH+H++e-式1.13图1.2催化剂的中间介质[9]

第一章绪论4MOOH+H2O(l)→M+O2(g)+H++e-式1.14碱性条件：总反应：4OH-→2O2(g)+2H2O(l)+4e-式1.15M+OH-→MOH式1.16MOH+OH-→MO+H2O(l)式1.172MO→2M+O2(g)式1.18MO+OH-→MOOH+e-式1.19MOOH+OH-→M+O2(g)+H2O(l)式1.20从上图中可以清楚的看出酸性（蓝色线），碱性（红色线）条件下的析氧反应机理，以及氧元素随着中间体的传递（黑色线）。1.2.3全解水反应介绍将阳极的析氧反应与阴极的析氢反应结合在一个体系内，就形成了全解水反应。全解水性能的好坏主要与阴极和阳极的性能有关，表现在电位上是相同的电流密度下，电位越低性能越好。由于在实际应用中阴极与阳极是在相同的电解液体系中，在选择析氢析氧催化剂的过程中要考虑到它们之间不能相互影响，但是当使用同一种催化剂后，这种顾虑就可以消除，因此制备具有双功能电催化材料就显得很重要。1.2.4催化剂的设计原则图1.3催化剂作为阴极和阳极的全解水示意图[10]


本文编号：3534105