SPE电解水阳极Ir基催化剂的研究

发布时间：2020-10-31 12:31

　　 氢能是最理想的一种可再生能源,其来源和用途广、高效、无污染。固体聚合物(SPE)电解水制氢技术因高效率、产气纯度高、安全等众多优点引起广泛研究。但催化剂的高昂成本和性能制约了该技术的产业化。阳极析氧反应的过电位比析氢反应的过电位高很多,实际工作时极易发生腐蚀钝化。本文围绕阳极催化剂,对催化剂结构改性和降低贵金属载量进行了以下研究。1.研究了热处理煅烧温度对胶体法制备IrO_2结构的影响,建立IrO_2催化剂的形态和结构性质与其对OER活性及稳定性的相关性,结果表明:煅烧温度为500℃时制备的金红石型IrO_2纳米催化剂,综合电催化活性和稳定性最佳。2.研究了适量模板剂对IrO_2催化剂活性的影响,结果表明:添加模板剂提高了IrO_2金红石相的结晶度,影响催化剂颗粒的形貌分布,使催化活性明显得到提升。3.采用ATO为载体,研究了活性物质的最佳担载量、合成时间以及ATO电导率对负载型催化剂活性的影响。结果表明:负载型催化剂IrO_2/ATO质量比为(1:2wt%)时具有最佳的催化性能,ATO载体影响IrO_2晶粒大小和分散均匀性。在最佳质量比的实验基础上,增加氢氧化物沉淀生成后的反应时间可以得到似核壳结构ATO@IrO_2,IrO_2之间相互连接形成导电性高的网状结构,从而提供了更多的活性位点参与反应,进而提高电催化性能。随着ATO载体电导率逐渐增大,催化剂的性能逐渐提升。4.SPE电解池性能受多个因素的影响,在20℃~80℃的温度范围内,随着温度升高,电解池的电解性能逐渐提高。SPE电解池长时间运行时,由于去离子水和产气对催化层不断冲刷造成催化层脱落,电池性能会出现不同程度衰减。
【学位单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ426;TQ116.2
【部分图文】：

可持续能源的未来—基于电催化的可持续能源示意图

中北大学学位论文主要作用是分离气体，防止生成的 H2和 O2混合引起产物重后果。电解槽工作温度范围为 65℃-100℃[10]。工作原理反应式分别为(1.4)和(1.5)[11]：阴极： 2 2 → 2 . 阳极： 2 . → 1 22 的缺点是效率较低（47%-82%）；使用具有强烈腐蚀性的 K和使用后的处理都会造成环境污染；且石棉隔膜具有致癌[10]。

图 1.3 固体氧化物电解槽工作原理示意图[11]电解池PE)电解水技术的主要特点是以固体聚合物电解质有良好的化学稳定性、质子传导图 1.4 所示[11]。具体的阴阳极反应式如下： → 1 22 . 2： 2 . 2 → 的效率可以达到 90%以上；电解池体积行。但由于电催化层使用铂族贵重金属，模的使用。
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本文编号：2863954