自支撑钴镍基双金属复合催化剂的制备及电解水性能研究
发布时间：2021-09-15 17:39
氢能（H2）因具有能量密度高和零碳排放等优点,而成为一种理想的绿色可再生能源。而在众多的制氢方法中,电解水制氢技术可利用太阳能和风能等间歇性能源产生的电力进行制氢,具有转换效率高和制备H2纯度高等优点,必将在发展制氢技术的过程中发挥不可替代的作用。电解水制氢包含两个半反应:阳极的析氧反应（OER）和阴极的析氢反应（HER）。目前,Pt和Ir O2/Ru O2等贵金属分别是高效的HER和OER催化剂,然而它们储量稀少、成本高昂以及稳定性差等限制了电解水制氢技术的商业化应用。因此,合成高效、稳定和廉价的过渡金属催化剂是加快电解水制氢技术发展的关键。本论文围绕自支撑钴镍基双金属复合催化剂的制备及电解水性能开展了研究工作,具体内容如下:（1）通过电沉积法合成了钴镍双金属羟基氧化物纳米片,在碱性介质中可作为高效的双功能催化剂。以钛片为导电基底,采用电沉积的方法合成了形貌可控且具有山脊状形貌的CoNi-X/Ti合金（X表示电沉积时间）。然后将CoNi-30/Ti合金电氧化制备了具有极薄纳米片结构的CoNi-OO...
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电解水的过程示意图[13]
硕士学位论文自支撑钴镍基双金属复合催化剂的制备及电解水性能研究5解水的速度，也可通过电极穿孔来提高表面粗糙度[29]。不管HER是怎样的反应机制，吸附氢（Had）总是参与反应。因此，催化剂表面氢原子的吉布斯自由能（ΔGH）是表征该催化剂的一个重要参数，它决定了催化剂的本征活性[30]。图1-2实验测得交换电流密度与DFT计算所得吸附氢原子在纯金属表面的Gibbs自由能的火山图[31]Fig.1-2VolcanoplotofexperimentallymeasuredexchangecurrentdensitiesasafunctionoftheDFT-calculatedGibbsfreeenergyofhydrogenadsorptiononpuremetals通过交换电流密度与DFT计算所得吸附氢原子在纯金属表面的吉布斯自由能曲线具有火山形状，如图中1-2所示。由于在电极表面上氢原子的化学吸附和脱附是一个相互竞争的过程，较优的HER催化剂应和与之相关的反应中间体应具有适度的键合能，彼此之间的键能过强或过弱都对HER不利，当与吸附的H原子形成足够强的键，以促进质子-电子转移过程，当形成的键能足够弱，以使其容易断裂和H2的快速释放[16]。因此，最佳的HER催化剂应位于火山的顶部，例如ΔGH值接近零的Pt族金属。
硕士学位论文自支撑钴镍基双金属复合催化剂的制备及电解水性能研究7图1-3不同材料金属氧化物的OER火山图[36]Fig.1-3OERvolcanoplotformetaloxides在酸性电解质中，水分子则作为氧源，但中性或碱性溶液中，氧分子却来源于羟基离子。虽然在碱性和酸性介质中OER反应机理不同，但OHad和Oad中间体在OER反应过程中总是起着重要作用，因此可以将ΔGO-ΔGOH的值作为判定OER催化剂好坏的标准。与HER类似，OER同样也有不同催化剂间的活性火山图，如图中1-3所示。1.4电解水催化剂的设计要求及研究进展1.4.1贵金属催化剂的设计要求及研究进展贵金属，如Pt、Pd、Ru和Ir，由于其具有高活性，常常被用作电解水的HER和OER催化剂。然而，由于高价格、稀缺性和长时间测试条件下的低稳定性严重阻碍了它们在工业生产上的大规模应用。因此，降低贵金属的用量、提高催化剂的比表面积、稳定性和比活性是促进贵金属在实际中的广泛应用的关键。为了降低贵金属载量并提高催化活性，可以采用降低金属颗粒的尺寸、核壳
【参考文献】：
期刊论文
[1]X射线光电子能谱中的分峰处理[J]. 孙博文,余红雨,钱东金,陈萌. 大学化学. 2017(08)
[2]关于布拉格方程的导出方法[J]. 吴绍情. 云南师范大学学报(自然科学版). 1985(04)
博士论文
[1]大面积单层MoS2材料制备及Er掺杂特性研究[D]. 杨勇.西安理工大学 2019
硕士论文
[1]BiVO4/ZnO光阳极担载卟啉镍骨架催化剂的光电性能研究[D]. 曹阳.哈尔滨工业大学 2019
[2]纳米材料对水化硅酸钙与水泥基材料作用的研究[D]. 闫科晔.哈尔滨工业大学 2019
[3]杂原子掺杂三维多孔石墨烯的制备及其电催化性能研究[D]. 成超.江苏大学 2019
[4]基于三倍对称有机共轭分子的多孔聚合物合成及在电化学储能的应用[D]. 陈元海.上海应用技术大学 2019
[5]MOF衍生碳基纳米材料及其电容去离子性能研究[D]. 叶陈增.浙江工业大学 2019
[6]二维有机无机杂化钙钛矿纳米片的制备及其光稳定性的电子显微学研究[D]. 乜玲芳.北京工业大学 2019
[7]锂离子电池SiO2/C负极材料的制备及改性研究[D]. 高莉.北京理工大学 2017
[8]三维分级多孔Au/SiO2催化剂制备及其CO催化氧化性能研究[D]. 姚欣蕾.上海交通大学 2017
本文编号：3396507
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电解水的过程示意图[13]
硕士学位论文自支撑钴镍基双金属复合催化剂的制备及电解水性能研究5解水的速度，也可通过电极穿孔来提高表面粗糙度[29]。不管HER是怎样的反应机制，吸附氢（Had）总是参与反应。因此，催化剂表面氢原子的吉布斯自由能（ΔGH）是表征该催化剂的一个重要参数，它决定了催化剂的本征活性[30]。图1-2实验测得交换电流密度与DFT计算所得吸附氢原子在纯金属表面的Gibbs自由能的火山图[31]Fig.1-2VolcanoplotofexperimentallymeasuredexchangecurrentdensitiesasafunctionoftheDFT-calculatedGibbsfreeenergyofhydrogenadsorptiononpuremetals通过交换电流密度与DFT计算所得吸附氢原子在纯金属表面的吉布斯自由能曲线具有火山形状，如图中1-2所示。由于在电极表面上氢原子的化学吸附和脱附是一个相互竞争的过程，较优的HER催化剂应和与之相关的反应中间体应具有适度的键合能，彼此之间的键能过强或过弱都对HER不利，当与吸附的H原子形成足够强的键，以促进质子-电子转移过程，当形成的键能足够弱，以使其容易断裂和H2的快速释放[16]。因此，最佳的HER催化剂应位于火山的顶部，例如ΔGH值接近零的Pt族金属。
硕士学位论文自支撑钴镍基双金属复合催化剂的制备及电解水性能研究7图1-3不同材料金属氧化物的OER火山图[36]Fig.1-3OERvolcanoplotformetaloxides在酸性电解质中，水分子则作为氧源，但中性或碱性溶液中，氧分子却来源于羟基离子。虽然在碱性和酸性介质中OER反应机理不同，但OHad和Oad中间体在OER反应过程中总是起着重要作用，因此可以将ΔGO-ΔGOH的值作为判定OER催化剂好坏的标准。与HER类似，OER同样也有不同催化剂间的活性火山图，如图中1-3所示。1.4电解水催化剂的设计要求及研究进展1.4.1贵金属催化剂的设计要求及研究进展贵金属，如Pt、Pd、Ru和Ir，由于其具有高活性，常常被用作电解水的HER和OER催化剂。然而，由于高价格、稀缺性和长时间测试条件下的低稳定性严重阻碍了它们在工业生产上的大规模应用。因此，降低贵金属的用量、提高催化剂的比表面积、稳定性和比活性是促进贵金属在实际中的广泛应用的关键。为了降低贵金属载量并提高催化活性，可以采用降低金属颗粒的尺寸、核壳
【参考文献】：
期刊论文
[1]X射线光电子能谱中的分峰处理[J]. 孙博文,余红雨,钱东金,陈萌. 大学化学. 2017(08)
[2]关于布拉格方程的导出方法[J]. 吴绍情. 云南师范大学学报(自然科学版). 1985(04)
博士论文
[1]大面积单层MoS2材料制备及Er掺杂特性研究[D]. 杨勇.西安理工大学 2019
硕士论文
[1]BiVO4/ZnO光阳极担载卟啉镍骨架催化剂的光电性能研究[D]. 曹阳.哈尔滨工业大学 2019
[2]纳米材料对水化硅酸钙与水泥基材料作用的研究[D]. 闫科晔.哈尔滨工业大学 2019
[3]杂原子掺杂三维多孔石墨烯的制备及其电催化性能研究[D]. 成超.江苏大学 2019
[4]基于三倍对称有机共轭分子的多孔聚合物合成及在电化学储能的应用[D]. 陈元海.上海应用技术大学 2019
[5]MOF衍生碳基纳米材料及其电容去离子性能研究[D]. 叶陈增.浙江工业大学 2019
[6]二维有机无机杂化钙钛矿纳米片的制备及其光稳定性的电子显微学研究[D]. 乜玲芳.北京工业大学 2019
[7]锂离子电池SiO2/C负极材料的制备及改性研究[D]. 高莉.北京理工大学 2017
[8]三维分级多孔Au/SiO2催化剂制备及其CO催化氧化性能研究[D]. 姚欣蕾.上海交通大学 2017
本文编号：3396507
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