过渡金属Ni/Co磷化物的制备及其电催化析氢性能研究
发布时间：2021-01-04 14:42
氢气由于其好的环境兼容性、可再生性以及高的能量密度,被认为是一种最吸引人的能源载体。当前,水裂解被认为是一种最有效的析氢手段。析氢反应中,催化剂能够有效地降低析氢过电位,从而降低析氢成本,所以析氢催化剂的研究吸引了越来越多的关注。在各种各样的催化剂当中,过渡金属磷化物具有类似贵金属的性质,被称为准铂催化剂,是一类非常有潜力的析氢催化剂。但由于过渡金属磷化物的电子导电性比较差、活性位点有限,所以其析氢活性并不理想。本文首先采用Na OH活化前驱体来制造缺陷,使材料暴露更多的活性位点,以此来改善过渡金属磷化物的性能。然后将前驱体和富勒醇以及富勒烯进行复合,通过改善复合材料的电子导电性来提高电极材料的催化活性。最后通过一体化电极的制备,来简化电极的制备步骤,同时改善电极的循环寿命。（1）成功合成了富含缺陷的Al掺杂的Co-P材料,采用Na OH活化处理前驱体Co-Al层状双氢氧化物,Na OH并没有改变前驱体的结构,只是起到了局部刻蚀作用。另外,活化处理使磷化产物表面粗糙度变大,缺陷增多,从而使材料暴露出更多的活性位点,因而具有更高的催化活性。电化学性能测试表明,经Na OH活化的P-Na-...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
工业上三种常用的产氢方式：甲烷蒸汽重组、煤气化和水电解[1]
华中科技大学博士学位论文4阳极：2HO-→1/2O2+H2O+2e-阴极：2H2O+2e-→2HO-+H2当中性水作为电解质时，首先是水分子(H2O)的电离，产生一定浓度的氢离子(H+)和氢氧根离子(OH-)，具体反应如下：阳极：2HO-→1/2O2+H2O+2e-阴极：2H++2e-→H2相比与酸性溶液和碱性溶液，中性条件下水电解一般不会有副反应发生，所以产物会更纯。图1-2电解水基本装置及原理示意图[22]Figure1-2Basicinstallationandschematicdiagramofelectrolyzingwater[22]水开始分解时的电势设为E0，在标准温度(25oC)和压力(一个标准大气压)条件下，分解电压E0与吉布斯自由能关系如下：E0=G0/nF其中，F为法拉第常数，n为电极反应中一个反应粒子所消耗的电子数，G0为吉布斯自由能(反应焓)。在电解池处于密封状态下，温度和压力都和理想条件不同，但是电解水析氢时气体占据电解池的体积较小，所以温度、压力和理想条件相差不大，因
华中科技大学博士学位论文8此脱附过程是速度控制步骤，具体Heyrovsky反应是速度控制步骤还是Tafel反应是速度控制步骤还要根据材料的析氢活性进一步进行分析。析氢机理不同，塔菲尔斜率也就不同，Volmer反应、Heyrovsky反应或是Tafel反应为速度控制步骤时，塔菲尔斜率分别是120、40和30mVdes-1，所以在实际反应中可以根据塔菲尔斜率的大小来分析速度控制步骤[66-74]。图1-3阴极电极表面析氢反应机理[1]Figure1-3Mechanismofhydrogenevolutionreactiononthecathodesurface[1]1.3.4HER评价参数(1)过电位(η)阴极处于平衡电极电位时，电极上的还原反应电流与氧化反应电流相等，即还原反应速度和氧化反应速度相等，这种情况下没有净电流产生，所以不会有氢析出。只有当阴极上通以外加电流时，还原反应速度才会大于氧化反应速度，这时候电极上才有可能发生析氢反应。当给电极通以外加的阴极电流时，电极电位会由平衡电极电位向负方向偏移，外加电流越大，电极电位向负方向偏移的程度就越大，通常将这种阴极电流导致电极电位向负方向偏移的现象称作阴极极化。在实际应用中，只有当电极电位(φi)偏离氢的平衡电位(φp)并达到一定程度时，氢气才会在阴极上析出。在某一确定的电流密度下，氢析出的实际电极电位与氢的平衡电极电位之间的差值，就是在此电流密度下的析氢过电位，如下公式所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于碳纤维材料基底的电解水制氢催化剂的研究进展[J]. 佟珊珊,王雪靖,李庆川,韩晓军. 分析化学. 2016(09)
[2]中国氢能发展战略思考[J]. 毛宗强,刘志华. 电池. 2002(03)
硕士论文
[1]磷化钴复合材料析氢性能的研究[D]. 马巧玲.西北师范大学 2016
[2]C60/C70富勒醇/二氧化钛纳米复合物的制备及光催化性能研究[D]. 张迪.华中科技大学 2016
[3]过渡金属磷化物的制备及其电催化分解水性能研究[D]. 牛智国.西华师范大学 2016
[4]新型石油精炼催化剂Ni-P化合物的水热法制备研究[D]. 刘宗义.中国海洋大学 2010
本文编号：2956944
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
工业上三种常用的产氢方式：甲烷蒸汽重组、煤气化和水电解[1]
华中科技大学博士学位论文4阳极：2HO-→1/2O2+H2O+2e-阴极：2H2O+2e-→2HO-+H2当中性水作为电解质时，首先是水分子(H2O)的电离，产生一定浓度的氢离子(H+)和氢氧根离子(OH-)，具体反应如下：阳极：2HO-→1/2O2+H2O+2e-阴极：2H++2e-→H2相比与酸性溶液和碱性溶液，中性条件下水电解一般不会有副反应发生，所以产物会更纯。图1-2电解水基本装置及原理示意图[22]Figure1-2Basicinstallationandschematicdiagramofelectrolyzingwater[22]水开始分解时的电势设为E0，在标准温度(25oC)和压力(一个标准大气压)条件下，分解电压E0与吉布斯自由能关系如下：E0=G0/nF其中，F为法拉第常数，n为电极反应中一个反应粒子所消耗的电子数，G0为吉布斯自由能(反应焓)。在电解池处于密封状态下，温度和压力都和理想条件不同，但是电解水析氢时气体占据电解池的体积较小，所以温度、压力和理想条件相差不大，因
华中科技大学博士学位论文8此脱附过程是速度控制步骤，具体Heyrovsky反应是速度控制步骤还是Tafel反应是速度控制步骤还要根据材料的析氢活性进一步进行分析。析氢机理不同，塔菲尔斜率也就不同，Volmer反应、Heyrovsky反应或是Tafel反应为速度控制步骤时，塔菲尔斜率分别是120、40和30mVdes-1，所以在实际反应中可以根据塔菲尔斜率的大小来分析速度控制步骤[66-74]。图1-3阴极电极表面析氢反应机理[1]Figure1-3Mechanismofhydrogenevolutionreactiononthecathodesurface[1]1.3.4HER评价参数(1)过电位(η)阴极处于平衡电极电位时，电极上的还原反应电流与氧化反应电流相等，即还原反应速度和氧化反应速度相等，这种情况下没有净电流产生，所以不会有氢析出。只有当阴极上通以外加电流时，还原反应速度才会大于氧化反应速度，这时候电极上才有可能发生析氢反应。当给电极通以外加的阴极电流时，电极电位会由平衡电极电位向负方向偏移，外加电流越大，电极电位向负方向偏移的程度就越大，通常将这种阴极电流导致电极电位向负方向偏移的现象称作阴极极化。在实际应用中，只有当电极电位(φi)偏离氢的平衡电位(φp)并达到一定程度时，氢气才会在阴极上析出。在某一确定的电流密度下，氢析出的实际电极电位与氢的平衡电极电位之间的差值，就是在此电流密度下的析氢过电位，如下公式所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于碳纤维材料基底的电解水制氢催化剂的研究进展[J]. 佟珊珊,王雪靖,李庆川,韩晓军. 分析化学. 2016(09)
[2]中国氢能发展战略思考[J]. 毛宗强,刘志华. 电池. 2002(03)
硕士论文
[1]磷化钴复合材料析氢性能的研究[D]. 马巧玲.西北师范大学 2016
[2]C60/C70富勒醇/二氧化钛纳米复合物的制备及光催化性能研究[D]. 张迪.华中科技大学 2016
[3]过渡金属磷化物的制备及其电催化分解水性能研究[D]. 牛智国.西华师范大学 2016
[4]新型石油精炼催化剂Ni-P化合物的水热法制备研究[D]. 刘宗义.中国海洋大学 2010
本文编号：2956944
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