双金属氢氧化物/氧化物电解水催化剂的制备及其催化性能研究
发布时间：2022-10-20 11:45
氢能被认为是最清洁的能源。电解水制氢是一种非常有前景的绿色制氢技术。碱性电解水制氢技术是目前最常用的商业电解水技术。相比起固体氧化物电解和质子交换膜电解,碱性电解水需要的电压更高,能耗更多,亟需催化性能优异的析氧反应（oxygen evolution reaction,OER）和析氢反应（hydrogen evolution reaction,HER）催化剂。目前成本低且地球储量丰富的过渡金属的化合物在碱性电解水中的应用得到了广泛的研究。在这些材料中,过渡金属氢氧化物和氧化物被认为是碱性电解质中水分解电催化剂的最佳选择,但是其OER和HER催化性能仍有待提高。过渡金属氢氧化物和氧化物的导电性不好,可以选择三维导电基底原位生长催化活性成分来避免粘结剂的使用,进而提高催化剂导电性。过渡金属氢氧化物的成分对其OER性能影响较大,通过调节不同金属比例提高其OER催化性能。过渡金属氧化物通过被认为是HER惰性的,通过元素掺杂或者负载其他高活性HER催化成分来提高其HER催化活性。本论文的研究内容和结论如下:（1）论文的第三章节采用Fe-Ni双金属泡沫作为铁、镍源和导电基底,以简便、低成本、高效的...
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 电解水制氢
1.3 碱性电催化析氧反应
1.3.1 碱性电催化析氧反应原理
1.3.2 碱性电催化析氧催化剂研究进展
1.4 碱性电催化析氢反应
1.4.1 碱性电催化析氢反应原理
1.4.2 碱性电催化析氢催化剂研究进展
1.5 电解水催化剂析氢和析氧反应活性评价参数
1.5.1 过电位
1.5.2 Tafel斜率和交换电流密度
1.5.3 电化学阻抗
1.5.4 电化学面积
1.5.5 氢吸附的吉布斯自由能
1.5.6 产氢量/产氧量和法拉第效率
1.5.7 稳定性
1.6 本论文的研究思路及内容
1.6.1 研究思路
1.6.2 研究内容
第二章 实验部分
2.1 实验试剂和实验仪器
2.1.1 实验试剂
2.1.2 仪器
2.2 催化剂的结构表征
2.2.1 场发射扫描电子显微镜
2.2.2 透射电子显微镜
2.2.3 球差校正透射电子显微镜
2.2.4 X射线多晶衍射仪
2.2.5 X射线光电子能谱
2.2.6 原子力显微镜
2.2.7 电感耦合等离子体发射光谱仪
2.2.8 比表面与孔径分析仪
2.3 电化学性能测试分析
2.3.1 电极的制备
2.3.2 催化剂的电催化性能测试
第三章 以双金属泡沫为基底一步合成Fe-Ni氢氧化物纳米片用于析氧反应和全解水
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 材料制备
3.2.2 材料表征
3.2.3 电化学测试
3.3 结果与讨论
3.3.1 催化剂的形貌与结构表征
3.3.2 电解水析氧反应性能评价
3.4 本章小结
第四章 原位蚀刻泡沫镍制备Ni掺杂的MxOy(M=Co,Mn,Fe)纳米片阵列大尺寸电极用于电解水
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 材料制备
4.2.2 材料表征
4.2.3 电化学测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 催化剂的形貌与结构表征
4.3.2 电解水催化性能评价
4.4 本章小结
第五章 通过氧来调控负载在Co_3O_4多孔纳米线上的Ru纳米簇的析氢反应性能
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 材料制备
5.2.2 材料表征
5.2.3 电化学测试
5.2.4 密度泛函理论(The density functional theory,DFT)计算
5.3 结果与讨论
5.3.1 催化剂的形貌与结构表征
5.3.2 电解水析氢反应电催化性能评价
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]Novel Co3O4 Nanoparticles/Nitrogen-Doped Carbon Composites with Extraordinary Catalytic Activity for Oxygen Evolution Reaction（OER）[J]. Xiaobing Yang,Juan Chen,Yuqing Chen,Pingjing Feng,Huixian Lai,Jintang Li,Xuetao Luo. Nano-Micro Letters. 2018(01)
[2]“氢能文明”开始向我们走来——访国际氢能源协会终身理事鲍德佑研究员[J]. 陈伟立. 中国石化. 2007(08)
本文编号：3694438
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 电解水制氢
1.3 碱性电催化析氧反应
1.3.1 碱性电催化析氧反应原理
1.3.2 碱性电催化析氧催化剂研究进展
1.4 碱性电催化析氢反应
1.4.1 碱性电催化析氢反应原理
1.4.2 碱性电催化析氢催化剂研究进展
1.5 电解水催化剂析氢和析氧反应活性评价参数
1.5.1 过电位
1.5.2 Tafel斜率和交换电流密度
1.5.3 电化学阻抗
1.5.4 电化学面积
1.5.5 氢吸附的吉布斯自由能
1.5.6 产氢量/产氧量和法拉第效率
1.5.7 稳定性
1.6 本论文的研究思路及内容
1.6.1 研究思路
1.6.2 研究内容
第二章 实验部分
2.1 实验试剂和实验仪器
2.1.1 实验试剂
2.1.2 仪器
2.2 催化剂的结构表征
2.2.1 场发射扫描电子显微镜
2.2.2 透射电子显微镜
2.2.3 球差校正透射电子显微镜
2.2.4 X射线多晶衍射仪
2.2.5 X射线光电子能谱
2.2.6 原子力显微镜
2.2.7 电感耦合等离子体发射光谱仪
2.2.8 比表面与孔径分析仪
2.3 电化学性能测试分析
2.3.1 电极的制备
2.3.2 催化剂的电催化性能测试
第三章 以双金属泡沫为基底一步合成Fe-Ni氢氧化物纳米片用于析氧反应和全解水
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 材料制备
3.2.2 材料表征
3.2.3 电化学测试
3.3 结果与讨论
3.3.1 催化剂的形貌与结构表征
3.3.2 电解水析氧反应性能评价
3.4 本章小结
第四章 原位蚀刻泡沫镍制备Ni掺杂的MxOy(M=Co,Mn,Fe)纳米片阵列大尺寸电极用于电解水
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 材料制备
4.2.2 材料表征
4.2.3 电化学测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 催化剂的形貌与结构表征
4.3.2 电解水催化性能评价
4.4 本章小结
第五章 通过氧来调控负载在Co_3O_4多孔纳米线上的Ru纳米簇的析氢反应性能
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 材料制备
5.2.2 材料表征
5.2.3 电化学测试
5.2.4 密度泛函理论(The density functional theory,DFT)计算
5.3 结果与讨论
5.3.1 催化剂的形貌与结构表征
5.3.2 电解水析氢反应电催化性能评价
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]Novel Co3O4 Nanoparticles/Nitrogen-Doped Carbon Composites with Extraordinary Catalytic Activity for Oxygen Evolution Reaction（OER）[J]. Xiaobing Yang,Juan Chen,Yuqing Chen,Pingjing Feng,Huixian Lai,Jintang Li,Xuetao Luo. Nano-Micro Letters. 2018(01)
[2]“氢能文明”开始向我们走来——访国际氢能源协会终身理事鲍德佑研究员[J]. 陈伟立. 中国石化. 2007(08)
本文编号：3694438
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3694438.html
