發(fā)布時(shí)間：2021-11-23 02:23

　　最近幾年來,尖晶石型結(jié)構(gòu)鈷酸鹽（如NiCo₂O₄,CuCo₂O₄等）因其地殼儲(chǔ)量大、成本低廉、環(huán)境友好、電化學(xué)活性高、氧化價(jià)態(tài)豐富、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)越的特性,在電催化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和一定的研究?jī)r(jià)值。但是傳統(tǒng)方法制備出的尖晶石型NiCo₂O₄,CuCo₂O₄等雙金屬過渡金屬氧化物在作為電催化陽極析氧反應(yīng)（OER）的催化劑時(shí)仍然存在一些缺點(diǎn),例如由于材料之間的堆疊造成的比表面積小,活性位點(diǎn)低,材料本身常溫下電導(dǎo)率低的缺點(diǎn),在很大程度上阻礙了此類雙金屬過渡金屬氧化物在OER上的應(yīng)用與發(fā)展。本文針對(duì)尖晶石結(jié)構(gòu)的NiCo₂O₄,CuCo₂O₄等雙金屬過渡金屬氧化物電極存在的缺點(diǎn),利用中空碳纖維大比表面積,高電子傳輸能力和電子傳導(dǎo)效率的優(yōu)勢(shì),將兩者進(jìn)行復(fù)合,通過水熱、溶劑熱、加熱氧化等手段進(jìn)行形貌上的調(diào)控,從而提高NiCo

【文章來源】：哈爾濱師范大學(xué)黑龍江省

【文章頁數(shù)】：42 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

三種制備氫氣的主要方法

哈爾濱師范大學(xué)碩士學(xué)位論文2一技術(shù)大規(guī)模投入使用的阻礙。電解水反應(yīng)是由陰極析氫反應(yīng)（HER）和陽極析氧反應(yīng)（OER）組成的，但是析氧反應(yīng)（OER）涉及四電子反應(yīng)，相比于陰極析氫反應(yīng)（HER）更加的復(fù)雜，具有更高的能源消耗和更高的動(dòng)力學(xué)勢(shì)壘，由此可見OER是限制電解水反應(yīng)快速進(jìn)行的一大阻礙[6,7]。鑒于此，尋找具有高效催化活性以降低陽極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)勢(shì)壘并且廉價(jià)易于制備的陽極材料成為了解決電催化水分解技術(shù)問題瓶頸的一個(gè)重要途徑。圖1-2電解槽示意圖Figure1-2Schematicdiagramofanelectrolyzer.1.2電催化發(fā)展簡(jiǎn)介電化學(xué)催化是在電場(chǎng)的作用下，通過存在于電極表面或者溶液相中、具有或者不具有電活性的修飾物來改變電極上電子轉(zhuǎn)移速率而電極表面或溶液相中的修飾物本身不發(fā)生變化的化學(xué)反應(yīng)[8]。其目的是降低電化學(xué)反應(yīng)的過電位，具有較低能量的活化途徑，使電極反應(yīng)在平衡電勢(shì)附近并且以高電流密度發(fā)生。1905年Tafel發(fā)現(xiàn)了著名的Tafel公式標(biāo)志著近代電化學(xué)的開端。緊接著Bulter和Volmer提出了著名的Bulter-Volmer方程，解釋了Tafel的發(fā)現(xiàn)并為電極動(dòng)力學(xué)提供了堅(jiān)實(shí)的理論基矗Gurney和Bockris等人發(fā)展了電極/溶液界面的電荷轉(zhuǎn)移理論。1956年Marcus提出了著名的Marcus理論并且預(yù)測(cè)了翻轉(zhuǎn)區(qū)的存在。80年代由Schmickler、Norskov、Anderson等人使用量子力學(xué)（化學(xué)）的方法對(duì)表面上吸附小分子吸附能和吸附構(gòu)型進(jìn)行了深入的研究。1995年Hammer與Norskov提出著名的的d-band理論，成為了電催化和異相催化重要的描述子，Koper、P.Strasser與G.Ertl等人對(duì)電催化反應(yīng)中非線性效應(yīng)也展開了深入的研究。進(jìn)入21世紀(jì)以來，由于計(jì)算機(jī)和DFT理論的成熟，人們可以對(duì)電催化進(jìn)行更加深入復(fù)雜的研究，電催化領(lǐng)域中出現(xiàn)了ScalingRelation、BEPRelation、Elec

第1章緒論31.3電催化析氧反應(yīng)（OER）在電催化水分解中，同時(shí)存在OER和HER兩種反應(yīng)，具體的反應(yīng)式如下所示:HER：4H+(aq)+4e-→2H2(g)E0anode=0.00V(Reduction)OER:2H2O(L)→O2(g)+4H+(aq)+4e-E0cathode=1.23V(Oxidation)Overall:2H2O(L)→O2(g)+2H2(g)E0overall=1.23V為了使電催化水分解能順利地進(jìn)行，需要在反應(yīng)的過程中在陰極與陽極之間加上一個(gè)1.23V的電勢(shì)差，用來維持反應(yīng)能夠正常有序的進(jìn)行。但是在實(shí)際操作中，電催化水解反應(yīng)在進(jìn)行的過程中，由于液阻，電極材料電阻以及物質(zhì)電子傳輸速率等動(dòng)力學(xué)問題的影響，在陰極陽極之間加上額外的電壓稱之為過電位(η），用來解釋額外的電能損耗以及維持反正正常進(jìn)行。陽極反應(yīng)OER的反應(yīng)式如下：2H2O-4e-→4H++O2（酸性環(huán)境）4OH--4e-→2H2O+O2（堿性環(huán)境）在上述反應(yīng)中不難看出，無論是發(fā)生在酸性條件下還是堿性條件下的陽極反應(yīng)，反應(yīng)整個(gè)過程中涉及到了4個(gè)電子的轉(zhuǎn)移。眾所周知，相比于涉及2個(gè)電子轉(zhuǎn)移的陰極反應(yīng)HER，發(fā)生在陽極的OER在這方面具有更緩慢的動(dòng)力學(xué)。眾多的實(shí)驗(yàn)研究也表明，OER反應(yīng)相比于HER反應(yīng)所需要的過電勢(shì)要高，才能克服更高的動(dòng)力學(xué)勢(shì)壘。因此，尋找性能優(yōu)異的電催化水解陽極材料是解決電解水目前所遇到瓶頸的有效途徑之一[11,12]。圖1-3HER（左）和OER（右）的極化曲線。ηc和ηa分別是在相同電流（j）下陰極和陽極的過電勢(shì)。Figure1-3PolarizationcurvesforHER(left)andOER(right).Theηcandηaaretheoverpotentialsforcathodeandanodeatthesamecurrent(j),respectively.1.4電催化OER機(jī)理電催化水解的過程中陽極發(fā)生的析氧反應(yīng)需要四個(gè)電子的轉(zhuǎn)移并且在動(dòng)力學(xué)

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]尖晶石型鈷酸鎳基納米材料的制備及其電催化性能研究[D]. 楊曼.東北師范大學(xué) 2019



本文編號(hào)：3512929