【摘要】：日益增長的能源需求和環(huán)境意識促進(jìn)了高效環(huán)保的能源轉(zhuǎn)換和儲存技術(shù)的發(fā)展,其中,電解水制氫是非常有吸引力的,正受到越來越多的關(guān)注。這種可再生能源技術(shù)的關(guān)鍵是加速氧析出反應(yīng)(OER),但由于其動力學(xué)緩慢且過電勢大,在實際應(yīng)用中往往具有更大的挑戰(zhàn),因此,研究具有高活性的電催化劑對于高效電解水制氫是非常重要的。此論文通過一種新型、可規(guī)模化的絡(luò)合結(jié)晶法合成出Ni-Fe LDHs材料,系統(tǒng)研究了不同鎳鐵配比和碳酸根含量對其OER性能的影響,并在此基礎(chǔ)上提出原位生長法,主要的研究內(nèi)容如下:1、采用溫和的可控絡(luò)合結(jié)晶法制備出超薄的納米Ni-Fe LDHs片,將其作為高效的OER催化劑,測試結(jié)果表明,在1 mol L-1 KOH電解液中,OER性能最優(yōu)的是Ni:Fe原子比為15%的Ni-Fe LDHs,與商業(yè)的IrO2(330 mV和130 mV dec-1)相比,在10 mA cm-2電流密度下的過電位和塔菲爾斜率分別為216 mV和37 mV dec-1,并且經(jīng)過15小時的恒電流極化后,曲線保持較平穩(wěn),這表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性和耐久性。此外,我們還進(jìn)行了放大實驗,將樣品量放大20倍后,測試結(jié)果表明,與小規(guī)模樣品相比,大規(guī)模生產(chǎn)的樣品顯示出幾乎相同的耐久性,在20 mAcm-2電流密度下出現(xiàn)稍低的極化和更平坦的電壓,這證明了絡(luò)合結(jié)晶法是可規(guī)�；摹Ｒ虼�,此法為新型氧析出催化劑的工業(yè)化生產(chǎn)開辟了一種可靠的途徑。2、研究了碳酸根的嵌入對Ni-Fe LDHs材料OER性能的影響,在Fe含量為15%的基礎(chǔ)上用上述方法合成了不同含量碳酸根插層的Ni-Fe LDHs材料,發(fā)現(xiàn)碳酸根的嵌入使材料的層間距有所變大,且OER性能有所不同。實驗結(jié)果表明,當(dāng)OH-/CO32-為4:1時,得到的材料具有較優(yōu)異的OER性能,在20 mA cm-2電流密度下,氧析出過電位為323 mV,比未嵌入碳酸根的15%Fe樣品和商業(yè)Ir02有更小得Tafel斜率為22 mV dec-1,且在更大的電流密度下,極化壽命更長。3、采用可控絡(luò)合結(jié)晶法在泡沫鎳基底上原位生長Ni-Fe LDHs,通過控制滴加不同Ni-Fe量,得到了不同負(fù)載量的Ni-Fe LDHs/NF電極,實驗結(jié)果表明,滴加量為3 mL的電極在10mAcm-2下的表現(xiàn)出最小的過電位和Tafel斜率,分別為245 mV和27 mV dec-1,且經(jīng)過47 h的極化曲線仍能保持較平穩(wěn),此性能均優(yōu)于與在同樣條件下的3D泡沫鎳和商業(yè)IrO2電極。該研究不僅為電解水體系提供了一種高效、持久的催化劑,也為NiFe催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計開啟了一種新思路。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;TB383.1
【圖文】：

有不同也有相似之處，發(fā)現(xiàn)在絕大部分的機理中都有ＭＯＨ和Ｍ０，而主要的差逡逑異可能在于形成氧的反應(yīng)周圍，并注意到有兩種不同的從Ｍ０中間體形成氧的逡逑方法，一個是如圖１－１所示的綠色路線，通過直接結(jié)合２Ｍ０產(chǎn)生０２（ｇ），另一逡逑個涉及Ｍ００Ｈ中間體的形成，隨后分解成０２邋（ｇ）（圖１－１中的黑色路線）；這逡逑兩者雖有不同，但有一個共同特點是０ＥＲ過程是一個非均相的過程，其中間體逡逑２逡逑

（３）邋ＡＢ２Ｏ４尖晶石類逡逑據(jù)記載尖晶石族己有１００多種。尖晶石也可稱為ＡＢ２0４，其中Ａ和Ｂ原子逡逑通常由ＩＩ族，ＸＩＩＩ族和第一行過渡金屬元素組成，如圖１－２所示，在尖晶石的結(jié)逡逑構(gòu)中有兩個晶體位點，包括八面體（Ｏｈ）和（Ｔｄ）位點，從而導(dǎo)致兩種類型的尖逡逑晶石，一種是正常的尖晶石（Ａ２＋Ｔｄ）（Ｂ３＋０ｈ）２０４邋，另一種是反尖晶石逡逑（Ａ２＋Ｏｈ）（Ｂ３＋Ｔｄ）２0４。與鈣鈦礦中的過渡金屬相比，尖晶石中的過渡金屬可以存在逡逑兩種配位方式，根據(jù)晶體場理論，導(dǎo)致ｄ帶能分為不同兩個能帶（Ｔｄ：邋ｅｇｔ２ｇ；邋０ｈ：逡逑ｔ２ｇＣｇ）0逡逑漏逡逑Ａ（Ｔｄ）Ｂ（０ｈ）２０４逡逑圖１－２尖晶石（ＡＢ２Ｏ４）的晶體結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｓｐｉｎｅｌ邋（ＡＢ２Ｏ４）逡逑ＡＢ２0４是一類良導(dǎo)體，在堿性介質(zhì)中能在高極化電位下保持穩(wěn)定狀態(tài)，這表逡逑明它滿足ＯＥＲ催化劑高穩(wěn)定性的要求。而用于ＯＥＲ的大多數(shù)尖晶石化合物是逡逑Ｆｅ、Ｃｏ基以及其他過渡／堿金屬混合物，包括Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，冗１１等［１７“９】，例如，逡逑４逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2739706