电催化析氢反应中界面耦合效应的研究

发布时间：2022-12-08 20:22

　　能源结构的多元化是时代发展必不可少的基石,能源紧缺、能源分布不均以及随之而来的环境污染使能源转型问题更加突出。氢能具有高能量密度(120 MJ kg^-1)和产物无污染的特点,被视为最有前景的清洁能源之一,能有效缓解能源形式单一和严重的环境污染问题。电解水制氢技术中原料为水,不同于传统化石能源受到地域的严格限制,氢气可以随时在水源地生成和使用;同时电解水技术的优势主要在于大规模制取高纯氢气,因此如何高效制氢成为整个氢经济发展的关键问题。实际的电解水过程中往往需要高效的电催化剂以提高制氢效率和减小能耗,目前析氢效率最好的催化剂为铂族贵金属,但是由于其储量有限,价格高昂等原因并不适合用作大规模的工业生产中。因此开发其它性能优异,价格低廉的析氢催化材料成为一项重要的课题,并且受到工业界和科研领域的广泛关注。电解水阴极析氢反应是一个多步骤的反应,涉及反应物的吸附,中间体的生成和产物的脱附,本文通过合理设计和构筑具有多相界面结构的高效催化剂,优化催化反应动力学,提高催化效率,探索多相催化剂界面结构与催化活性之间的构效关系。主要内容如下:（1）金属-金属氧化物异质结界面的构建。... 

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 电解水析氢反应的研究现状
        1.2.1 电解水析氢反应的基础认识
        1.2.2 电解水析氢反应的机理研究
    1.3 析氢反应催化剂的设计思路
        1.3.1 金属合金及化合物均相催化剂
        1.3.2 缺陷构筑型催化剂
        1.3.3 界面调控型催化剂
    1.4 本课题的研究思路以及研究内容
第二章 实验试剂、仪器及表征方法
    2.1 实验药品和仪器设备
        2.1.1 主要实验药品
        2.1.2 主要实验仪器
    2.2 结构分析和表征方法
        2.2.1 显微结构与元素组成分析
        2.2.2 表界面结构与化学价态分析
    2.3 电化学性能测试和评估
        2.3.1 循环伏安法
        2.3.2 线性扫描伏安法
        2.3.3 电化学交流阻抗法
        2.3.4 计时电流法和计时电位法
        2.3.5 动力学步骤的分析和转换频率的计算方法
第三章 Ru-WO_(2.72)异质结的构筑及其电催化析氢性能的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 WO_(2.72) 纳米线的制备以及Ru-WO_(2.72) 异质结的构筑
        3.2.2 工作电极的制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 Ru-WO_(2.72) 物质结构的表征和界面结构分析
        3.3.2 Ru-WO_(2.72) 电催化析氢性能分析
        3.3.3 Ru-WO_(2.72) 异质结界面的分析以及协同催化析氢机理讨论
    3.4 本章小结
第四章 WO_(2.72)@PANI复合界面的构建及其电催化析氢反应的研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 WO_(2.72) 的制备以及表面PANI包覆
        4.2.2 工作电极的制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 WO_(2.72)@PANI形貌与界面结构分析
        4.3.2 WO_(2.72)@PANI电催化析氢性能分析
        4.3.3 WO_(2.72)@PANI界面协同催化析氢机理讨论
    4.4 本章小结
第五章 CoP@Co(OH)_x复合界面的构建及其碱性条件电催化析氢性能的研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 CoP纳米片的制备以及表面电化学修饰
        5.2.2 Co(OH)_2 纳米片对比材料的制备
        5.2.3 工作电极的制备
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 CoP@Co(OH)_x形貌与表面结构分析
        5.3.2 CoP@Co(OH)_x电催化析氢性能分析
        5.3.3 CoP@Co(OH)_x复合界面的形成机制以及电催化析氢反应机理讨论
    5.4 本章小结
第六章 全文结论与展望
    6.1 全文总结
    6.2 展望
参考文献
附录1 硕士期间取得的科研成果
致谢



本文编号：3714074