自支撑过渡金属基电催化剂的设计合成及电解水研究
发布时间：2024-04-10 20:10
过度使用化石燃料导致环境急剧恶化,因此开发太阳能和风能等可再生和生态友好型能源对我们的社会至关重要。但是这些能源的间歇性阻碍了其持续的电能供应能力。将氢燃料存储的化学能转化为电能是解决这一棘手问题的有效方法。同时,不断下降的电价(美国能源信息署发布2020年4月美国的工业用电平均价格为6.41美分/千瓦时)导致电解水制氢成本的降低,这激发了科研人员不断探索电催化剂用于电解水制取氢气的热情。但是水分解的两个半反应,即析氢反应(HER)和析氧反应(OER),自身存在较高的活化势垒,在热力学上是不易发生的,这也导致了相对于1.23 V的理论极限电压,水电解槽通常需要在1.8-2.0V的更高电压下才可以运行。使用高效的HER和OER电催化剂来改善反应迟缓的动力学、降低过电势可以解决这一问题。迄今为止,人们已经付出了巨大的努力来寻找合适的自支撑过渡金属基电催化剂,例如氧化物、氢氧化物/羟基氧化物、硫化物和合金等。但是,大多数过渡金属基电催化剂的活性和稳定性仍远远不能令人满意。鉴于此,我们从优化元素组成、调控微观形貌以及改善结合方式等角度出发,设计并合成了一系列自支撑过渡金属基电催化剂用于高效、稳...
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 文献综述
1.1 引言
1.2 电化学水解
1.2.1 电化学析氢的反应机理
1.2.2 电化学析氧的反应机理
1.2.3 电化学全解水
1.2.4 电化学水解的评价参数
1.2.4.1 电流密度和过过电势
1.2.4.2 Tafel斜率和交换电流密度
1.2.4.3 转化频率
1.2.4.4 稳定性
1.2.4.5 法拉第效率
1.2.4.6 质量比活性和面积比活性
1.3 设计和制备自支撑电催化剂
1.3.1 基底材料的选择
1.3.2 自支撑电催化剂的制备方法
1.3.2.1 水/溶剂热法
1.3.2.2 电沉积法
1.3.2.3 气相沉积法
1.3.2.4 其他合成方法
1.4 过渡金属电催化剂的种类
1.4.1 过渡金属氧化物
1.4.2 过渡金属氢氧化物/羟基氧化物
1.4.3 过渡金属硫化物
1.4.4 过渡金属合金
1.4.5 其他的过渡金属电催化剂
1.5 论文的选题目的及意义
第2章 NiO@Ni修饰的WS2纳米片阵列作为高效稳定的电催化剂用于全电解水
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 化学试剂
2.2.2 催化剂的制备
2.2.3 材料表征及仪器
2.2.4 电化学测试
2.3 结果与讨论
2.4 小结
第3章 MoNi修饰的CoMoO3长方体阵列用于高效电催化析氢反应
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 化学试剂
3.2.2 催化剂的制备
3.2.3 材料表征及仪器
3.2.4 电化学测试
3.2.5 计算部分
3.3 结果与讨论
3.4 小结
第4章 基于单原子钌的电催化剂应用于析氢反应
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 化学试剂
4.2.2 催化剂的制备
4.2.3 材料表征及仪器
4.2.4 电化学测试
4.2.5 计算部分
4.3 结果与讨论
4.4 小结
第5章 调控镍钒层状双氢氧化物的原子和电子结构加速其水分解动力学
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 化学试剂
5.2.2 催化剂的制备
5.2.3 材料表征及仪器
5.2.4 电化学测试
5.2.5 计算部分
5.3 结果与讨论
5.4 小结
第6章 钌对镍钴尖晶石本体和表面的双重修饰实现高效全电解水
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 化学试剂
6.2.2 催化剂的制备
6.2.3 材料表征及仪器
6.2.4 电化学测试
6.2.5 XAFS分析
6.2.6 计算部分
6.3 结果与讨论
6.4 小结
论文总结
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3950296
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 文献综述
1.1 引言
1.2 电化学水解
1.2.1 电化学析氢的反应机理
1.2.2 电化学析氧的反应机理
1.2.3 电化学全解水
1.2.4 电化学水解的评价参数
1.2.4.1 电流密度和过过电势
1.2.4.2 Tafel斜率和交换电流密度
1.2.4.3 转化频率
1.2.4.4 稳定性
1.2.4.5 法拉第效率
1.2.4.6 质量比活性和面积比活性
1.3 设计和制备自支撑电催化剂
1.3.1 基底材料的选择
1.3.2 自支撑电催化剂的制备方法
1.3.2.1 水/溶剂热法
1.3.2.2 电沉积法
1.3.2.3 气相沉积法
1.3.2.4 其他合成方法
1.4 过渡金属电催化剂的种类
1.4.1 过渡金属氧化物
1.4.2 过渡金属氢氧化物/羟基氧化物
1.4.3 过渡金属硫化物
1.4.4 过渡金属合金
1.4.5 其他的过渡金属电催化剂
1.5 论文的选题目的及意义
第2章 NiO@Ni修饰的WS2纳米片阵列作为高效稳定的电催化剂用于全电解水
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 化学试剂
2.2.2 催化剂的制备
2.2.3 材料表征及仪器
2.2.4 电化学测试
2.3 结果与讨论
2.4 小结
第3章 MoNi修饰的CoMoO3长方体阵列用于高效电催化析氢反应
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 化学试剂
3.2.2 催化剂的制备
3.2.3 材料表征及仪器
3.2.4 电化学测试
3.2.5 计算部分
3.3 结果与讨论
3.4 小结
第4章 基于单原子钌的电催化剂应用于析氢反应
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 化学试剂
4.2.2 催化剂的制备
4.2.3 材料表征及仪器
4.2.4 电化学测试
4.2.5 计算部分
4.3 结果与讨论
4.4 小结
第5章 调控镍钒层状双氢氧化物的原子和电子结构加速其水分解动力学
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 化学试剂
5.2.2 催化剂的制备
5.2.3 材料表征及仪器
5.2.4 电化学测试
5.2.5 计算部分
5.3 结果与讨论
5.4 小结
第6章 钌对镍钴尖晶石本体和表面的双重修饰实现高效全电解水
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 化学试剂
6.2.2 催化剂的制备
6.2.3 材料表征及仪器
6.2.4 电化学测试
6.2.5 XAFS分析
6.2.6 计算部分
6.3 结果与讨论
6.4 小结
论文总结
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3950296
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