高温熔盐法合成金属氧化物及其分解水性能研究

发布时间：2022-04-23 15:26

　　随着全球能源消耗和环境污染的加剧,发展新型能源成为了科学家的重要课题之一。氢能由于其高燃烧值、燃烧后对环境无污染等优点被认为是极具潜力的新能源载体。电解水制氢是目前最为清洁高效的制氢方法之一。然而直接的电解水需要克服较高能垒,因此需要开发合适的催化剂以降低反应的势垒。目前贵金属催化剂仍然是最高效的催化剂,但其成本高以及自然储量较少等原因限制了其的广泛应用。因此研究合成新型非贵金属催化剂成为目前的研究热点之一。高温熔盐法是近代发展起来的一种新的无机材料合成方法。其采用一种或数种低熔点的盐类作为反应介质,在高温熔融盐中进行合成反应,反应结束后冷却至室温再采用合适的溶剂将盐洗掉,最终得到产物。熔盐法的工艺简单,合成温度可以从100℃到1000℃,该合成方法结合了固相合成法和溶液合成法的优势,这就为其合成不同种类的催化剂提供了可能。本文利用熔盐法合成了多种氧化物催化材料,并对合成产物进行电催化制氢研究。通过研究不同前驱体以及不同熔盐对产物的影响,我们发展了一种合成高效制氢催化材料的新方法。在催化剂的催化过程中,研究反应过程中催化剂的活性中心为新型催化剂的制备提供了新的思路。X射线吸收谱学可以获... 

【文章页数】：121 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 研究背景及意义
    1.2 氧气析出反应的动力学过程及评价标准
        1.2.1 过电势（η）
        1.2.2 交换电流密度（i_0）
        1.2.3 塔菲尔公式和塔菲尔斜率
    1.3 OER反应的机理
    1.4 电催化水制氧催化剂
        1.4.1 贵金属催化剂
        1.4.2 过渡金属氧化物催化剂
            1.4.2.1 钙钛矿材料催化剂
            1.4.2.2 尖晶石结构催化剂
            1.4.2.3 层状化合物催化剂
        1.4.3 非金属氧化物催化剂
        1.4.4 非金属催化剂
    1.5 电催化水分解催化剂的合成方法
        1.5.1 固相法
        1.5.2 共沉淀法
        1.5.3 溶胶凝胶法
        1.5.4 水热法
        1.5.5 自蔓延高温合成法
        1.5.6 熔盐法
    1.6 原位实验在OER反应中的应用
    1.7 本论文的选题思路和研究内容
第2章 实验方法及表征手段
    2.1 熔盐法的发展及应用
        2.1.1 熔盐法简介
        2.1.2 熔盐法合成的影响因素
            2.1.2.1 熔盐的使用量
            2.1.2.2 加热温度和保温时间
        2.1.3 熔盐法的合成机理
        2.1.4 熔盐法对形貌的调控
        2.1.5 熔盐法的优点
    2.2 催化剂的表征技术简介
        2.2.1 常规表征手段
        2.2.2 同步辐射实验技术
            2.2.2.1 同步辐射简介
            2.2.2.2 X射线吸收谱
            2.2.2.3 3d过渡金属氧化物的K边XANES
            2.2.2.4 过渡金属的EXAFS
            2.2.2.5 X射线吸收谱的实验方法
            2.2.2.6 过渡金属L边的XANES
            2.2.2.7 氧的K边的XANES
    2.3 电化学测试方法以及性能的评价标准
        2.3.1 电化学活性的计算方法
第3章 熔盐法对钴基氧化物形貌的调控
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 材料的合成
            3.2.1.1 熔盐法合成Co_3O_4
            3.2.1.2 熔盐法辅助合成CoOOH
        3.2.2 材料的表征
        3.2.3 电化学性能测试
    3.3 结果分析及讨论
        3.3.1 熔盐法制备不同形貌的Co_3O_4
            3.3.1.1 前驱体对形貌的影响
            3.3.1.2 不同种类熔盐对Co_3O_4形貌的影响
            3.3.1.3 电化学性能研究
        3.3.2 熔盐法辅助合成层状CoOOH
    3.4 本章小结
第4章 熔盐法合成孔状钙钛矿用于水氧化催化剂
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 材料的合成
            4.2.1.1 熔盐法合成La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)
            4.2.1.2 固相法合成La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)
        4.2.2 材料的表征
        4.2.3 电化学性能测试
    4.3 结果分析及讨论
        4.3.1 熔盐法和固相法的比较
        4.3.2 熔盐法合成不同Fe含量的La0.6Sr0.4Co1–x Fex O3–δ
    4.4 本章小结
第5章 原位吸收谱研究出溶钙钛矿材料在OER反应中的应用
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 材料的合成
        5.2.2 材料的表征
        5.2.3 原位X射线吸收谱实验方法
        5.2.4 电化学性能测试
    5.3 结果分析及讨论
        5.3.1 晶体结构和形貌
        5.3.2 电化学性能
        5.3.3 非原位XAFS结果
        5.3.4 原位XAFS结果
    5.4 本章小结
第6章 钙钛矿在OER反应条件下表面重构的影响
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 不同Sr含量的La_(1-x)Sr_xCo_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-d)的合成
        6.2.2 材料的表征
        6.2.3 电化学性能测试
    6.3 结果分析及讨论
        6.3.1 材料的结构和形貌表征
        6.3.2 电化学性能测试
        6.3.3 结果与讨论
    6.4 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]The XAFS beamline of SSRF[J]. 于海生,魏向军,李炯,顾颂琦,张硕,汪丽华,马静远,李丽娜,高倩,司锐,孙凡飞,王宇,宋飞,徐洪杰,余笑寒,邹杨,王建强,姜政,黄宇营.  Nuclear Science and Techniques. 2015(05)



本文编号：3647459