双金属钴钌催化剂的设计制备及其电催化水分解性能研究

发布时间：2025-02-19 20:14

　　随着化石能源的急剧减少以及日益严重的环境污染,人类社会对清洁和可持续替代能源的需求已经十分迫切。电催化分解水被认为是一种潜在的零碳污染、环境友好的能源技术。电解水包括两个半反应,分别是析氢反应（HER）和析氧反应（OER）,但是在水电解反应中,无论是OER还是HER的效率都是较低的。因此需要高效催化剂来加速反应速率。目前,公认析氢性能最好的催化剂是贵金属Pt,析氧性能最好的催化剂是IrO₂和RuO₂,然而由于贵金属的稀缺性及其高成本等弊端,限制了贵金属催化剂的实际大规模运用。基于此,本论文设计制备了系列钌-钴基复合催化剂,既保证了催化剂的催化活性,又降低了其运行成本。主要研究内容如下:1、以多孔金属-有机框架化合物（MOF）为模板,通过离子交换-高温热解-表面氧化过程,制备了不同Co/Ru比例的多面体结构金属-金属氧化物@N-掺杂碳（RuO₂-Co₃O₄/CoRu@NC）。在0.5 M H₂SO₄溶液中对其电催化全解水性能进行了测试。结...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1电催化水裂解的析氢反应和析氧反应[5]

第1章绪论1第1章绪论1.1前言1.1.1电催化分解水概况随着全球温室效应以及化石燃料枯竭现象日益严峻，发展可再生清洁能源已经迫在眉睫[1]。氢气是世界上最轻的零碳含量气体，与化石能源相比，氢能被誉为有前景的能满足社会能源需求的清洁可持续发展能源[2]。但是目前H2主要是通过高温....

图1-2酸性溶液中电极表面析氢的机理[9]

第1章绪论21.1.2电催化分解水的基本原理在电解池中，电催化分解水能在阴极产生纯净的氢气，在阳极产生纯净的氧气，这是电催化分解水两个非常重要的半反应。在25摄氏度和一个标准大气压下水的理论分解电压为1.23V[6]，但是在实际中往往需要更高的电势来驱动有效的水分解，这个超出的电....

图1-3在酸性（蓝线）和碱性（红色线）条件下的析氧机理[11]

第1章绪论3析氧反应（OER）是一个四电子转移过程，析氧反应进行的速率很慢，严重的限制了产氧量，因此OER反应过程相对复杂[10]。在析氧反应过程中有三个不同的中间体(O*、OH*、OOH*)，因此在酸性或碱性条件下O2可以由两种不同的方式产生。迄今为止，有许多研究都提出过OER....

图1-4(a)fcc钌的HAADF-STEM图像，1-2(b)Ru/C3N4，常规的Ru/C，标准Pt/C在0.1MKOH中的HER极化曲线[14]

第1章绪论6ab图1-4(a)fcc钌的HAADF-STEM图像，1-2(b)Ru/C3N4，常规的Ru/C，标准Pt/C在0.1MKOH中的HER极化曲线[14]Figure1-4(a)HAADF-STEMimagesofRuwithfccstructure,(b)Polari....

本文编号：4034268