氧化铱阳极析氧催化剂的研究
发布时间：2021-12-24 00:33
氢气热值高、绿色环保,是一种理想的燃料,在石油化工、新能源汽车领域有很好的优势。不同于太阳能、风能、电能,氢能不受地域和环境因素影响,易于携带和储存。固体聚合物电解质水电解槽（Solid Polymer Electrolyte Water Electrolyzer,SPEWE）由于具有效率高、产品纯度高、适应性强等优点,被认为是一种实用价值高的制氢方法。但是,由于阳极催化剂主要使用Ir、Ru等贵金属成本和储量的限制,使得这个电解系统的成本大大提升。本文主要以提高IrO2的催化活性和稳定性方面着手,致力于降低Ir的用量和提高催化剂的使用寿命。本文研究了三维有序结构的IrO2和IrO2载体对催化剂催化活性和稳定性的提升。实验通过使用无乳液聚合法制备了PMMA微球,同过在重力条件下制得PMMA模板。并且使用氨水和IrCl4制备相应的前驱体溶胶,合成了3-DOM IrO2催化剂。并比较了氨水的加入对3-DOM结构的影响。同时,利用Na2SnO3
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同催化剂的OER催化活性和价态转化焓曲线
5和RuO2的相应的过电位比金属更低。这是由于催化剂的表面与O结合较弱，但与羟基(HO*)有较强的结合。并且建立了金红石氧化物表面O*结合能与其他两种与水的氧化有关的结合能(HO*和HOO*)呈线性关系，如图1-2。根据这种相应的结合能之间关系，可以通过火山曲线来描述氧析出的趋势。与金属间的类似关系相比，氧化物之间的关系发生了位移。同时，指出可能存在催化剂拥有比RuO2更好的OER活性，为合理设计阳极提供了新的可能性。Rasiyah和Tseung[5]将催化剂的活性和中间产物中的金属离子的价态相结合，并认为氧化物催化剂的阳离子的价态转化能力，对催化剂的催化活性有着至关重要的作用。C.G.Smith等[6]研究表明，OER过程起始析氧电位必须要大于催化剂中阳离子的低价态向高价态相互转化的平衡电位。同时，起始电位比相应的平衡电位大的越多，催化剂的活性越好。Ir3+/Ir4+的平衡电位为0.93V，而Ru3+/Ru4+的平衡电位为0.94V。所以Ir和Ru具有良好的OER催化活性。图1-2，OER过程电子转移的理论活性与氧结合能的曲线[4]。Fig1-2Thetheoreticalactivityofthefourchargetransferringstepsofoxygenevolutionisdepictedasfunctionoftheoxygenbindingenergy
61.2水电解槽的种类和优缺点1789年，Troostwijk和Deinum通过实验发现水电解过程。这个实验与Galvani的蛙腿痉挛实验和Volta的电池被认为是电化学的三大奠基事件[7]。经过几百年的发展，水电解技术也取得巨大的进步，被广泛的应用于各个领域。现在，被使用的电解槽主要分为三类：碱性电解池，固体氧化物电解池和固体聚合物水电解池，电解槽的电解效率也有了一定的提升。1.2.1碱性电解池图1-3碱性水电解示意图Fig1-3Schematicdiagramofalkalinewaterelectrolysis碱性水电解是发展时间最长、技术最完善的、产氢最廉价的水电解技术。在全球范围广泛推广的技术，已达到兆瓦级水平。碱性水电解槽主要由五部分组成，其结构如图1-3所示，包括：电源、电解液、阴极、阳极和隔膜。电解液主要是浓度较高的碱性溶液，电解槽的工作温度相对较低，电解槽内的压力较高，但是一般小于3000KPa。隔膜是为了防止氢气和氧气混合，可以提高制备气体的纯度，防止气体混合带来的安全隐患。不仅如此，隔膜要允许水分子和氢氧离子通过。
【参考文献】：
期刊论文
[1]固体氧化物燃料电池（SOFC）制备方法的研究进展[J]. 赵苏阳,胡树兵,郑扣松,肖建中. 材料导报. 2006(07)
[2]固体氧化物燃料电池阳极材料研究及其在高温水电解制氢方面的应用[J]. 张文强,于波,张平,陈靖,徐景明. 化学进展. 2006(06)
[3]铌酸/氧化铌在多相催化反应中的应用[J]. 李应成,岳斌,杨为民,谢在库,陈庆龄,闫世润,贺鹤勇. 化学通报. 2005(03)
[4]电解水制氢技术进展[J]. 倪萌,M.K.H.Leung,K.Sumathy. 能源环境保护. 2004(05)
博士论文
[1]铱基氧析出催化剂的制备与电化学性质研究[D]. 胡玮.武汉大学 2012
硕士论文
[1]Nb和Ta改性SnO2基固溶体催化剂的CO氧化性能研究[D]. 韩雪.南昌大学 2013
本文编号：3549487
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同催化剂的OER催化活性和价态转化焓曲线
5和RuO2的相应的过电位比金属更低。这是由于催化剂的表面与O结合较弱，但与羟基(HO*)有较强的结合。并且建立了金红石氧化物表面O*结合能与其他两种与水的氧化有关的结合能(HO*和HOO*)呈线性关系，如图1-2。根据这种相应的结合能之间关系，可以通过火山曲线来描述氧析出的趋势。与金属间的类似关系相比，氧化物之间的关系发生了位移。同时，指出可能存在催化剂拥有比RuO2更好的OER活性，为合理设计阳极提供了新的可能性。Rasiyah和Tseung[5]将催化剂的活性和中间产物中的金属离子的价态相结合，并认为氧化物催化剂的阳离子的价态转化能力，对催化剂的催化活性有着至关重要的作用。C.G.Smith等[6]研究表明，OER过程起始析氧电位必须要大于催化剂中阳离子的低价态向高价态相互转化的平衡电位。同时，起始电位比相应的平衡电位大的越多，催化剂的活性越好。Ir3+/Ir4+的平衡电位为0.93V，而Ru3+/Ru4+的平衡电位为0.94V。所以Ir和Ru具有良好的OER催化活性。图1-2，OER过程电子转移的理论活性与氧结合能的曲线[4]。Fig1-2Thetheoreticalactivityofthefourchargetransferringstepsofoxygenevolutionisdepictedasfunctionoftheoxygenbindingenergy
61.2水电解槽的种类和优缺点1789年，Troostwijk和Deinum通过实验发现水电解过程。这个实验与Galvani的蛙腿痉挛实验和Volta的电池被认为是电化学的三大奠基事件[7]。经过几百年的发展，水电解技术也取得巨大的进步，被广泛的应用于各个领域。现在，被使用的电解槽主要分为三类：碱性电解池，固体氧化物电解池和固体聚合物水电解池，电解槽的电解效率也有了一定的提升。1.2.1碱性电解池图1-3碱性水电解示意图Fig1-3Schematicdiagramofalkalinewaterelectrolysis碱性水电解是发展时间最长、技术最完善的、产氢最廉价的水电解技术。在全球范围广泛推广的技术，已达到兆瓦级水平。碱性水电解槽主要由五部分组成，其结构如图1-3所示，包括：电源、电解液、阴极、阳极和隔膜。电解液主要是浓度较高的碱性溶液，电解槽的工作温度相对较低，电解槽内的压力较高，但是一般小于3000KPa。隔膜是为了防止氢气和氧气混合，可以提高制备气体的纯度，防止气体混合带来的安全隐患。不仅如此，隔膜要允许水分子和氢氧离子通过。
【参考文献】：
期刊论文
[1]固体氧化物燃料电池（SOFC）制备方法的研究进展[J]. 赵苏阳,胡树兵,郑扣松,肖建中. 材料导报. 2006(07)
[2]固体氧化物燃料电池阳极材料研究及其在高温水电解制氢方面的应用[J]. 张文强,于波,张平,陈靖,徐景明. 化学进展. 2006(06)
[3]铌酸/氧化铌在多相催化反应中的应用[J]. 李应成,岳斌,杨为民,谢在库,陈庆龄,闫世润,贺鹤勇. 化学通报. 2005(03)
[4]电解水制氢技术进展[J]. 倪萌,M.K.H.Leung,K.Sumathy. 能源环境保护. 2004(05)
博士论文
[1]铱基氧析出催化剂的制备与电化学性质研究[D]. 胡玮.武汉大学 2012
硕士论文
[1]Nb和Ta改性SnO2基固溶体催化剂的CO氧化性能研究[D]. 韩雪.南昌大学 2013
本文编号：3549487
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