金属基纳米材料的制备及其电解水性能研究

发布时间：2023-12-24 18:42

　　随着人口的不断增加,可持续能源的需求日益增加。氢能作为一种绿色的可持续能源,被视为最具发展前景的清洁能源。电催化电解水被广泛作为一种简单、易操作的制氢方法,主要由两个半反应组成:阴极发生析氢反应(HER),阳极发生析氧反应(OER)。贵金属Pt和金属氧化物(比如,Ir O2和Ru O2)被认为是最有效的析氢和析氧催化剂,但其高成本,资源短缺等缺陷严重地阻碍了它们的大规模应用。因此,开发出既能析氢又能析氧的双功能催化剂迫在眉睫。而设计高效、耐用的电解水催化剂的关键原则在于大量的活性位点、优异的导电性以及稳定的催化活性结构。围绕以上几点设计原则,本文的主要研究内容如下:(1)我们报道了一种可靠简易的阴离子交换法,将一维(1D)Co3O4纳米线(NWs)转化成多孔磷化钴纳米线(Co P PNWs)。值得注意的是,这种反应过程使得所合成材料Co P PNWs具有大量的缺陷位点,从而赋予Co P PNWs更高的电化学活性面积;因此,Co P PNWs作为双功能催化剂具备优异的析氢、析氧性能,仅需147m V,326 m V的过电位就能达到10 m A cm-2的电流密度。我们也证明了仅需1节1....

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 氢能的优点
        1.1.2 氢气的制备工艺
        1.1.3 电解水制氢基本原理
        1.1.4 电解水催化活性评价
    1.2 电解水析氢反应
        1.2.1 电解水析氢反应机理
        1.2.2 电解水析氢催化剂的研究进展
            1.2.2.1 贵金属催化剂
            1.2.2.2 非贵金属催化剂
    1.3 电解水析氧反应
        1.3.1 电解水析氧反应机理
        1.3.2 电解水析氧催化剂的研究进展
            1.3.2.1 贵金属及其化合物
            1.3.2.2 过渡金属氢氧化物
            1.3.2.3 层状双氢氧化物及其复合材料
            1.3.2.4 过渡金属硫化物
            1.3.2.5 尖晶石型化合物
    1.4 本课题的工作思路和创新点
第二章 多孔磷化钴纳米线的合成及其电解水性能测试
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验仪器
        2.2.2 实验药品
        2.2.3 材料的合成
            2.2.3.1 Co₃O₄NWs的合成
            2.2.3.2 CoPPNWs的合成
        2.2.4 材料的表征技术
        2.2.5 电化学性能表征
            2.2.5.1 工作电极的制备
            2.2.5.2 电化学测试
            2.2.5.3 电解池的组装与性能测试
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 材料物性表征
        2.3.2 CoPPNWs的电化学性能研究
            2.3.2.1 CoPPNWs的电催化析氧性能
            2.3.2.2 CoPPNWs的电催化析氢性能
            2.3.2.3 CoPPNWs的电解水性能
            2.3.2.4 CoPPNWs电化学性能提升的研究
    2.4 结论
第三章 Ru-RuO₂/CNT催化剂的制备及其在不对称电解池中的应用
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验仪器
        3.2.2 实验药品
        3.2.3 材料的合成
        3.2.4 材料的表征技术
        3.2.5 电化学测试与不对称电解质电解池组装
            3.2.5.1 工作电极的制备
            3.2.5.2 电化学测试
            3.2.5.3 不对称电解质电解池的组装与测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 材料物性表征
        3.3.2 Ru-RuO₂/CNT电催化析氧性能的研究
            3.3.2.1 酸性介质中Ru-RuO₂/CNT电催化析氧性能的研究
            3.3.2.2 中性介质中Ru-RuO₂/CNT电催化析氧性能的研究
            3.3.2.3 碱性介质中Ru-RuO₂/CNT电催化析氧性能的研究
        3.3.3 Ru-RuO₂/CNT电催化析氢性能的研究
            3.3.3.1 酸性介质中Ru-RuO₂/CNT电催化析氢性能的研究
            3.3.3.2 中性介质中Ru-RuO₂/CNT电催化析氢性能的研究
            3.3.3.3 碱性介质中Ru-RuO₂/CNT电催化析氢性能的研究
        3.3.4 Ru-RuO₂/CNT析氢和析氧性能的本质探究
        3.3.5 Ru-RuO₂/CNT不对称电解质电解池性能的研究
    3.4 小结
第四章 结论
参考文献
攻读硕士期间获得的成果
致谢



本文编号：3875091