基于电子结构优化的水裂解电催化材料的设计研究

发布时间：2021-11-28 15:48

　　电解水制氢技术是目前可持续、清洁制氢的关键技术。然而由于成本消耗过高,工业上利用该技术制备的氢气份额只占到氢气总产量的4%。电解水制氢技术中成本消耗来源之一来自于电解水两个半反应——产氢反应以及产氧反应的反应过电势所导致的能量消耗;而向电解水体系中引入催化材料可以改变相关反应能垒,进而有效降低反应过电势,提高能量转化效率。目前,催化电解水产氢及产氧反应活性最高的材料均为贵金属材料,分别为铂基催化剂及铱、钌基催化剂,而贵金属材料的极低丰度和极高价格作为另一成本消耗来源同样限制了电解水制氢技术发展。因此,发展电解水技术的一个关键方向是发展高活性的、廉价的非贵金属催化材料,使水裂解反应能量转化效率在最大化的同时真正地降低整体技术成本,进而得到广泛、可持续的发展。理想的电解水催化材料应该具备以下特点:（1）高催化活性,活性接近贵金属催化剂甚至超过贵金属催化剂;（2）高催化稳定性,需要具有稳定的催化结构防止材料失活,最好可以维持催化活性几年甚至几十年稳定不变;（3）材料组成廉价易得,以满足可持续发展策略;（4）材料合成方法简单易扩大,以满足大范围的工业需求。目前已知材料还无法达到以上标准,这需要... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：157 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

未来氢能经济循环图

图 1.2 电解池示意图Figure 1.2 Schematic electrolysis cell气分子、氧气分子相比更加稳定，所以。电解水反应的标准电极电势为 1.23 的电势即可以发生水的裂解反应。然而电势需要达到 1.55 V 甚至是 1.65 V。势即为电解水反应的过电势[7]，这部分且对实际生产没有任何帮助。我们可以的能量转化效率，因此如何提高能量转降低电解水反应总电能消耗的关键问际电势 (Vop)可以用公式(1-4)进行描述

过优化电解池结构来进行降低，而阴极过电势 ηc和反应本身的反应能垒 (活化能垒)，它们是反应本身引入催化剂——改变相关反应能垒——来达到降低化性质最好的电催化水裂解产氢催化剂是铂基催化剂产氢催化剂则是铱及钌基催化剂[8]。尽管它们具有的组成都含有贵金属——在地球上的储量极低 (图 。也就是说，贵金属催化剂的引入虽然降低了电能消但与此同时在另一方面增加了电解水技术成本，并且限制了电解水技术的可持续发展。因此，目前电解水高活性的、廉价的非贵金属催化材料，进一步利用这应的反应能垒，使水裂解反应能量转化效率在最大化成本，进而使其得到广泛、可持续的发展。

【参考文献】：
期刊论文
[1]Heterostructured Electrocatalysts for Hydrogen Evolution Reaction Under Alkaline Conditions[J]. Jumeng Wei,Min Zhou,Anchun Long,Yanming Xue,Hanbin Liao,Chao Wei,Zhichuan J.Xu.  Nano-Micro Letters. 2018(04)



本文编号：3524703