铂基纳米合金的制备及其氢电极动力学过程研究

发布时间：2023-07-24 23:53

　　氢能作为可再生能源,是解决全球变暖和能源安全的最有可能的燃料之一。氢氧化反应(HOR)和氢析出反应(HER)是氢能源的两个可逆反应,电能通过电解水反应直接转换成氢气,而H2-O2燃料电池将化学能转换为电能。除了实际的应用以外,氢电极因其反应过程较为简单,为2电子过程,经常作为探针反应以研究基础的动力学信息,为其他复杂反应提供指导。在酸性介质中催化剂的活性较好,但是氧电极端需要大量的贵金属催化剂;在碱性中为非贵金属的使用提供可能。但是在碱性介质中,Pt上的HER/HOR动力学比在酸性介质中慢1～2个数量级。确定HER/HOR的活性描述符,对设计高活性的催化剂至关重要。以往的研究主要集中在通过调控Pt-Had的键能来提升HER/HOR的性能。尽管这些研究有助于提高纯Pt的碱性HER/HOR活性,但双金属催化剂体系中仍存在几个关键问题没有得到清晰的认识。首先是氢结合能理论(HBE)与双功能机理之间的争论:氢结合能理论认为HER/HOR的活性只与吸附氢(Had)和金属之间的键强度有关,指出电子效应对反应的影响;而双功能机理一般是将Pt与亲氧性更强的金属形成合金,通过比较不同合金催化剂上HER/...

【文章页数】：136 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 氢能概述
    1.2 HER/HOR活性的影响因素
        1.2.1 pH效应
        1.2.2 构效关系
    1.3 碱性溶液中催化剂的现状
        1.3.1 尺寸效应
        1.3.2 形貌
        1.3.3 组分
        1.3.4 载体
    1.4 反应机理的争论
    1.5 本文的研究内容和研究思路
    参考文献
第二章 实验及方法
    2.1 实验药品
    2.2 实验仪器
    2.3 物理表征
        2.3.1 透射电子显微镜和扫描电子显微镜
        2.3.2 X射线衍射分析和X射线光电子能谱
        2.3.3 zeta电位
        2.3.4 电感耦合等离子体发射光谱仪
    2.4 电化学表征
        2.4.1 电极
        2.4.2 循环伏安法
        2.4.3 CO溶出曲线测试
        2.4.4 RDE测试
        2.4.5 交流阻抗测试
        2.4.6 电化学原位红外测试
        2.4.7 原位拉曼测试
    2.5 密度泛函理论
第三章 亲氧效应对碱性溶液中HER/HOR动力学的研究
    3.1 不同覆盖度的Ni(OH)₂的沉积
    3.2 相同粒径XC-72负载的Pt₃Ni/C、Acid-Pt₃Ni/C和Pt/C八面体的制备
        3.2.1 XC-72的预处理
        3.2.2 八面体Pt₃Ni/C和Pt/C的制备
        3.2.3 去合金化的Pt₃Ni/C八面体的制备
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 不同Ni(OH)₂覆盖度的Pt_disk的结构表征
        3.4.2 不同Ni(OH)₂覆盖度的Pt_disk和商业Pt/C的电化学活性表征
        3.4.3 Pt-Ni八面体的结构表征
        3.4.4 Pt-Ni八面体的HER/HOR活性表征
        3.4.5 HER与HOR活性不同来源的研究
        3.4.6 原位红外光谱与HER/HOR活性相连
    3.5 本章小结
    参考文献
第四章 利用配体作用和应力作用的协同效应提高碱性介质中HER的活性
    4.1 不同比例Pt_xNi_1-x与Acid-Pt_xNi_1-x合金的合成
        4.1.1 气相合成法
        4.1.2 液相合成法
        4.1.3 Acid-Pt_xNi_1-x的合成
    4.2 不同比例Pt-Ni合金的结构表征
    4.3 不同比例Pt-Ni合金的电化学活性表征
    4.4 不同比例Pt-Ni合金酸碱活性差距大的原因探究
    4.5 本章小结
    参考文献
结论与展望
作者攻读硕士期间发表与交流的论文
致谢



本文编号：3836758