基于氧空位缺陷构建高效电解水催化剂的研究
发布时间：2022-01-24 19:37
化石燃料是资源有限的并且会伴随着环境问题,因此寻找可替代性的清洁能源是至关重要的。氢气因其能量密度高、来源丰富、燃烧产物环境友好等特点而备受关注。市售的HER和OER催化剂一般为单功能的Pt/C和IrO2或RuO2,但是由于它具有成本高、稀缺性和较差的稳定性等缺点,不能被广泛使用,因此开发一种同时具有廉价、高效、长寿命等特点的电催化剂是一个较大的挑战。本文以氧空位为研究对象,以开发低成本、高活性和长寿命的电解水催化剂材料为目标,探索了氧空位的应用方向,使用简单的方法合成了三种基于氧空位缺陷的高效电解水催化剂。论文的主要工作和结论如下:（1）在室温液相条件下合成了氧空位修饰的OER催化剂Ov-CuO/Cu-PBA,这种复合材料具有纳米棒结构以及丰富的氧空位缺陷。活性物质Cu-PBA原位生长在导电性优良的Ov-CuO纳米棒上结合了两者的优点,而这种纳米结构可以促进电子传输并且暴露更多的活性位点。电化学测试表明,Ov-CuO/Cu-PBA具有更好的析氧催化活性。氧空位在体系中的作用为提高体系导电性,Cu-PBA在体系中的作用是作为催化活性中心,Ov...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地壳元素丰度分布
第一章绪论2等。水资源来源也是十分广泛，地球表面被75%的水覆盖。不经过催化直接电解水制氢，它的成本过高，并不适合大规模商用。设计一个廉价、高效且长寿命电催化剂对于电催化水裂解是十分重要的，同时也是一个重大的挑战。1.2电催化水裂解催化剂简介1.2.1电催化水裂解机理简介电催化水裂解指的是通过电化学方式在催化剂作用下改变了反应进行的途径，使水更容易分解为氧气和氢气，产生氢气的过程就是析氢反应，产生氧气的过程就是析氧反应，它们分别在电解池中处在阴极和阳极[11-13]。如图1.2所示，为电解水示意装置，在碱性介质中，U型管中两个电极分别连接着泡沫镍，在泡沫镍表面有大量催化剂生长在其中。在通直流电后，两个不同电极片可以分别进行析氢反应和析氧反应。电解水反应公式如下：2H2O(液态)=H2(气态)+O2（气态）（公式1.1）由于直接电解水成本过高，因此有必要通过引入催化剂来改变反应途径，并且降低反应的活化能[14]。目前最好的析氢催化剂是铂系催化剂，析氧催化剂中最好的钌系和铱系催化剂[15-17]。虽然它们都在各自的半反应中表现极佳，但是，这些催化剂中都含有贵金属元素，价格普遍昂贵且地球储量稀少，而且功能单一。因此发展高效的、廉价的、具有双功能的、长寿命的电催化水裂解催化剂是一个重要的课题。1.2.2电催化水裂解催化剂评价标准图1.2电解水示意装置图
?院饬课銮夤?缥皇被崾褂么呋?猎?10mAcm-2的电流密度下的过电位。同样，析氧过电位具体指的是指的在析氧反应中是在达到一定电流所需要的电位值，由于析氧反应进行的理论电压为1.23V[22-24]。为了方便交流，一般在计算析氧过电位时都会在相对可逆氢电极的电位基础上减去1.23V的理论电压。在同等电流密度下，催化材料的过电位越低表示材料性能越好。在电化学测试中一般在选定的电压范围内采用线性扫描伏安曲线（LSV），或者稳态极化曲线去测试在催化剂一定电流密度下的过电位，在本文中我们采用LSV曲线去评价催化剂的活图1.3线性扫描伏安曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]二维Ⅲ族硫化物Janus多层结构的高效光解水特性:内建电场和空位缺陷效应（英文）[J]. 范英才,马西奎,王君茹,宋晓涵,王爱珠,刘宏,赵明文. Science Bulletin. 2020(01)
[2]Co-Mo-P@NPS作为析氢反应催化剂的研究[J]. 王清民,金晶,孔玉,殷金玲. 化学与粘合. 2019(05)
[3]溶剂热一步法制备二硫化钼/亚氧化钛电解水析氢催化剂[J]. 李威,赵江红,张勇,李开喜,段东红. 燃料化学学报. 2019(09)
[4]纳米八面体形FeP@PC的制备及催化析氢性能[J]. 王文峰,秦山,张荣荣,周盼盼,杨庆华,陈天云. 高等学校化学学报. 2019(09)
[5]铁镍磷化物电极材料的制备及电催化析氢性能[J]. 邹义成,李生娟. 有色金属材料与工程. 2019(04)
[6]Mo对脱合金制备的Ni-Mo电极骨架结构与析氢性能的影响[J]. 周琦,李志洋,汪帆. 高等学校化学学报. 2019(08)
[7]激光直写制备三维自支撑NiS2/MoS2复合电催化剂应用于碱性和中性电解水制氢（英文）[J]. 程鹏飞,冯婷,刘紫薇,吴德垚,杨静. 催化学报. 2019(08)
[8]NiFe-MoPC-NC复合材料:一种新型的高效全水电解催化剂[J]. 史波,崔丽莉. 长春理工大学学报(自然科学版). 2019(03)
[9]甲醇裂解制氢方法的研究进展[J]. 石林,任小荣,张洪波,白建红. 山东化工. 2018(01)
[10]具有层级特征的异质型CuO@TiO2纳米线膜的制备及其光电解水性能（英文）[J]. 张帅,曹雪波,武军,朱连文,谷俐. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(08)
硕士论文
[1]过渡金属磷化物的可控制备及其析氧性能研究[D]. 李慧.北京化工大学 2018
[2]气相阳离子交换制备多孔单晶CoO纳米棒及其应用研究[D]. 张浩.天津大学 2014
本文编号：3607179
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地壳元素丰度分布
第一章绪论2等。水资源来源也是十分广泛，地球表面被75%的水覆盖。不经过催化直接电解水制氢，它的成本过高，并不适合大规模商用。设计一个廉价、高效且长寿命电催化剂对于电催化水裂解是十分重要的，同时也是一个重大的挑战。1.2电催化水裂解催化剂简介1.2.1电催化水裂解机理简介电催化水裂解指的是通过电化学方式在催化剂作用下改变了反应进行的途径，使水更容易分解为氧气和氢气，产生氢气的过程就是析氢反应，产生氧气的过程就是析氧反应，它们分别在电解池中处在阴极和阳极[11-13]。如图1.2所示，为电解水示意装置，在碱性介质中，U型管中两个电极分别连接着泡沫镍，在泡沫镍表面有大量催化剂生长在其中。在通直流电后，两个不同电极片可以分别进行析氢反应和析氧反应。电解水反应公式如下：2H2O(液态)=H2(气态)+O2（气态）（公式1.1）由于直接电解水成本过高，因此有必要通过引入催化剂来改变反应途径，并且降低反应的活化能[14]。目前最好的析氢催化剂是铂系催化剂，析氧催化剂中最好的钌系和铱系催化剂[15-17]。虽然它们都在各自的半反应中表现极佳，但是，这些催化剂中都含有贵金属元素，价格普遍昂贵且地球储量稀少，而且功能单一。因此发展高效的、廉价的、具有双功能的、长寿命的电催化水裂解催化剂是一个重要的课题。1.2.2电催化水裂解催化剂评价标准图1.2电解水示意装置图
?院饬课銮夤?缥皇被崾褂么呋?猎?10mAcm-2的电流密度下的过电位。同样，析氧过电位具体指的是指的在析氧反应中是在达到一定电流所需要的电位值，由于析氧反应进行的理论电压为1.23V[22-24]。为了方便交流，一般在计算析氧过电位时都会在相对可逆氢电极的电位基础上减去1.23V的理论电压。在同等电流密度下，催化材料的过电位越低表示材料性能越好。在电化学测试中一般在选定的电压范围内采用线性扫描伏安曲线（LSV），或者稳态极化曲线去测试在催化剂一定电流密度下的过电位，在本文中我们采用LSV曲线去评价催化剂的活图1.3线性扫描伏安曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]二维Ⅲ族硫化物Janus多层结构的高效光解水特性:内建电场和空位缺陷效应（英文）[J]. 范英才,马西奎,王君茹,宋晓涵,王爱珠,刘宏,赵明文. Science Bulletin. 2020(01)
[2]Co-Mo-P@NPS作为析氢反应催化剂的研究[J]. 王清民,金晶,孔玉,殷金玲. 化学与粘合. 2019(05)
[3]溶剂热一步法制备二硫化钼/亚氧化钛电解水析氢催化剂[J]. 李威,赵江红,张勇,李开喜,段东红. 燃料化学学报. 2019(09)
[4]纳米八面体形FeP@PC的制备及催化析氢性能[J]. 王文峰,秦山,张荣荣,周盼盼,杨庆华,陈天云. 高等学校化学学报. 2019(09)
[5]铁镍磷化物电极材料的制备及电催化析氢性能[J]. 邹义成,李生娟. 有色金属材料与工程. 2019(04)
[6]Mo对脱合金制备的Ni-Mo电极骨架结构与析氢性能的影响[J]. 周琦,李志洋,汪帆. 高等学校化学学报. 2019(08)
[7]激光直写制备三维自支撑NiS2/MoS2复合电催化剂应用于碱性和中性电解水制氢（英文）[J]. 程鹏飞,冯婷,刘紫薇,吴德垚,杨静. 催化学报. 2019(08)
[8]NiFe-MoPC-NC复合材料:一种新型的高效全水电解催化剂[J]. 史波,崔丽莉. 长春理工大学学报(自然科学版). 2019(03)
[9]甲醇裂解制氢方法的研究进展[J]. 石林,任小荣,张洪波,白建红. 山东化工. 2018(01)
[10]具有层级特征的异质型CuO@TiO2纳米线膜的制备及其光电解水性能（英文）[J]. 张帅,曹雪波,武军,朱连文,谷俐. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(08)
硕士论文
[1]过渡金属磷化物的可控制备及其析氧性能研究[D]. 李慧.北京化工大学 2018
[2]气相阳离子交换制备多孔单晶CoO纳米棒及其应用研究[D]. 张浩.天津大学 2014
本文编号：3607179
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/3607179.html
