无机固体材料表界面结构设计及碱性电催化水分解应用研究

发布时间：2024-10-28 19:42

　　可再生能源的转化与存储对于人类社会未来的可持续发展至关重要,在众多能源转化存储技术中,电化学水分解是比较有前景的技术之一。电化学水分解由析氢和析氧两个半反应所构成,高效、经济的电解水制氢的实现依赖于性能优异、廉价的析氢和析氧电催化材料的共同发展。目前,电催化水分解主要分为酸性质子膜电解水以及碱性电解水两大体系。其中碱性电解水体系材料来源广泛且不依赖于贵金属,并且催化装置的寿命也相对更长,因此有望在未来实现规模化应用。然而目前碱性电解水催化剂的开发面临着一些挑战。例如,析氧反应过程中催化材料会发生表面电化学转化,使得催化机制的理解以及电催化析氧构效关系的确立变得复杂而困难;同时由于碱性析氢反应过程吸附氢的产生涉及水分子解离步骤使得整个催化动力学较缓慢。针对这些挑战,本论文以廉价过渡金属无机固体材料为材料体系,针对析氧电催化反应,研究了材料表面结构转化的行为,并在此基础上优化电子传输等关键因素从而提升材料整体催化活性;此外,尝试通过合理的表界面结构调控以促进缓慢的碱性析氢催化过程,从而获得高效的析氢反应电催化剂。本论文具体内容包括以下几点:1.表界面结构与碱性电催化析氧反应过渡金属非氧化物材...

【文章页数】：118 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

极的析氢反应（酸性：２Ｈ＋?＋?２ｅ－一?Ｈ２；碱性：２Ｈ２０?＋?２ｅ－—Ｈ２?＋?２０Ｈ－）和析氧??反应（酸性：Ｈ２０－＞ｌ／２〇２?＋?２Ｈ＋?＋?２ｅ＿；碱性：２?０Ｈ－—１／２〇２?＋?出〇?＋?２０两??个半反应所构成，两部分通过外电路连接成完整的回路（如图１．１）....

图１．２?（ａ）￣（ｅ）高分辨透射电子显微镜图及对应的快速傅立叶转变图呷（ａ）新制备??Ｂａ〇．５ＳｒＱ．５Ｃｏ〇８Ｆｅ〇．２０＾８?（ＢＳＣＦ８２）以及经过（ｂ）?５次循环伏安和（ｃ）?１００次循环伏安测试；（ｄ）??ＢＳＣＦ８２?电极在?１．７?Ｖ?（ｖｓ?ＲＨＥ）恒电位下测....

??物质，故而能够提高催化材料的结构稳定性［２Ｇ］（图１．３（ａ）￣（ｂ））。柏林工业大学??的Ｐｅｔｅｒ?Ｓｔｒａｕｓｓｅｒ教授和柏林自由大学的Ｈｏｌｇｅｒ?Ｄａｕ教授研究发现Ｃ０３Ｏ４会在析??氧电位下的活性物质为非晶化的ＣｏＯｘ（ＯＨ）ｙ，当电位恢复时，其又转化回原来??的....

化物材料Ｃ〇４Ｎ的析氧反应催化活性［２６］。结合Ｘ射线吸收测试与高分辨电子显??微镜的观测，发现随着电化学循环圈数的增加，Ｃ〇４Ｎ的发生十分显著的表面氧??化非晶化过程，非晶层的厚度持续增加后保持稳定（如图１．６）。??＿着：儀：３＿??图１．６标准Ｃｏ以及Ｃｏ３〇４和Ｃｏ４Ｎ在....

本文编号：4008378