过渡金属电催化剂的结构调控及其在能源转化中的应用

发布时间：2024-11-02 21:10

　　随着生产力水平的不断提高,环境污染和能源损耗问题日趋严重,因此寻求一种高效清洁的可再生资源变得尤为重要。氢气,作为一种无污染,能量密度高的新型清洁能源逐渐走入人们的视野,目前呼声最高的制氢方式是通过电解水产氢获得。将电能转化成化学能储存在氢气当中,便与后续能量的转化或直接燃烧。通常情况下,通过施加一定电压将水进行完全分解所需的理论值为1.23V,但由于过电势的影响,电位往往高于理论值。因此,通常在水电解过程中加入一定量的催化剂来降低分解电压,增加产氢效率。在现有产氢催化剂中,基于铂等贵金属为主的催化剂效率最高,但由于价格昂贵、储量稀缺等问题严重限制了其使用范围。因此,开发廉价高效的催化剂成为应对未来能源危机的重要解决途径。在本论文中,作者通过分析水电解时涉及的反应机理选取合适的电催化剂直接或间接地提高产氢效率。在催化剂的制备过程中,通过缺陷工程、活性面暴露、非晶化及协同优化等策略对非贵金属催化剂的活性位点和电子传输能力进行优化,提高能源的转化效率。本论文主要针对以下两点进行讨论:1.基于对二硫化钼催化的活性位点主要位于边缘位置的了解,作者通过构建缺陷工程、优先暴露活性边缘等途径合成了垂直...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 电催化基本理论
    1.3 非贵金属析氢反应电催化剂的研究进展
        1.3.1 电催化析氢反应的研究背景
        1.3.2 电催化析氢反应机理
        1.3.3 二维金属硫化物电催化剂的设计与优化
            1.3.3.1 构建超薄纳米层
            1.3.3.2 催化活性位点的构建
            1.3.3.3 提高析氢电催化剂中电荷转移
    1.4 镍铁基非贵金属析氧电催化剂的研究进展
        1.4.1 电催化析氧反应的研究背景
        1.4.2 电催化析氧反应机理
        1.4.3 镍铁基析氧反应电催化剂的结构优化
            1.4.3.1 镍铁合金催化剂
            1.4.3.2 镍铁氧化物
            1.4.3.3 镍铁层状双氢氧化物
    1.5 镍基电催化剂在尿素氧化中的研究进展
        1.5.1 尿素氧化的研究背景
            1.5.1.1 镍基金属催化剂
            1.5.1.2 镍基氢氧化物催化剂
        1.5.2 尿素氧化的反应机理
    参考文献
第2章 富缺陷的二硫化钼纳米墙用于高效析氢反应
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 富缺陷的二硫化钼纳米墙的制备
        2.2.2 富缺陷的二硫化钼纳米片和无缺陷的二硫化钼纳米片的制备
        2.2.3 纳米片层层组装电极的合成
        2.2.4 表征手段
        2.2.5 电化学测试
    2.3 分析与讨论
    2.4 本章小结
    参考文献
第3章 部分非晶的镍铁层状双氢氧化物用于双功能电催化
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 材料制备
        3.2.2 表征手段
        3.2.3 电化学测试
    3.3 分析与讨论
        3.3.1 结构与元素表征
        3.3.2 电化学阻抗与双电层电容
        3.3.3 对析氧反应的研究
        3.3.4 电催化尿素氧化反应
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 总结与展望
硕士期间发表的学术论文及所获奖项
致谢



本文编号：4010140