本文關(guān)鍵詞： 金屬配合物 碳糊電極 電催化 析氫　出處：《合肥工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：氫氣具有清潔無污染、高效、可儲存和運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn),被視為最理想的能源載體。析氫電極材料由于存在著過電勢高、不穩(wěn)定等缺點(diǎn),因此需要研究開發(fā)一種具有高析氫催化活性和穩(wěn)定性及價(jià)格低廉的電極材料。金屬配合物主要是由金屬離子和有機(jī)配體兩個(gè)重要的部分組成,同時(shí)兼具無機(jī)物和有機(jī)物的特點(diǎn),因具有結(jié)構(gòu)多樣、性質(zhì)多樣等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于光學(xué)、吸附、催化等方面。本文中,以過渡金屬配合物材料作為析氫電催化劑用來修飾碳糊電極,研究其在酸性介質(zhì)中的催化性能。首先,以4,4-聯(lián)吡啶為配體,采用熱溶劑法合成W/S/Cu簇合物,制備W/S/Cu簇合物修飾的碳糊電極(W/S/Cu-GPE),并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。利用陰極極化曲線、電化學(xué)阻抗等技術(shù)研究W/S/Cu簇合物對該電極催化析氫性能的影響。結(jié)果表明,W/S/Cu-GPE電極的開路電勢與GPE電極的開路電勢相比正移了 0.178 V,并且在同一開路電勢下W/S/Cu-GPE的電流密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于GPE電極的電流密度,W/S/Cu-GPE電極的活化能為95.1 kJ mol-1,比GPE電極的活化能降低了 31%。其次,以5-磺基間苯二甲酸單鈉鹽和1,10-菲咯啉為雙配體,采用溶劑熱法分別合成Ni(II)、Cu(II)配合物,并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。制備了 2種配合物修飾的碳糊電極Ni-GPE及Cu-GPE。探索電極材料、溫度、催化劑的含量對其析氫催化性能的影響。采用FE-SEM對電極表面形貌進(jìn)行表征,利用電化學(xué)阻抗技術(shù)對電極材料析氫界面狀況進(jìn)行分析。結(jié)果表明,在電流密度為10mAcm-2時(shí),與GPE電極相比,Ni-GPE電極的析氫過電勢正移了 0.203 V,Cu-GPE電極的析氫過電勢正移了 0.170 V,其中,Cu-GPE電極的交換密度是GPE電極的13倍。最后,以3,5-吡唑二羧酸,1,10-菲咯啉為配體,采用溶劑熱法合成2種雙金屬CuBi配合物和CuGd配合物,分別制備雙金屬配合物修飾的碳糊電極CuBi-GPE和CuGd-GPE,并探索電極材料、配體、溫度以及催化劑含量對其析氫性能的影響。結(jié)果表明,在電流密度為10 mA cm-2時(shí),CuBi-GPE電極的過電勢與GPE電極的過電勢相比正移了 0.538 V,其交換密度是GPE電極的181倍,CuGd-GPE電極的過電勢與GPE電極的過電勢相比正移了 0.450 V,其交換密度是GPE電極的1206倍。
[Abstract]:Hydrogen has the advantages of clean, pollution-free, efficient, storage and transportation, and is regarded as the most ideal energy carrier. Hydrogen evolution electrode materials have many disadvantages, such as high potential, instability and so on. Therefore, it is necessary to study and develop an electrode material with high hydrogen evolution activity, stability and low cost. The metal complexes are mainly composed of two important parts, metal ions and organic ligands, and have the characteristics of both inorganic and organic compounds. Because of its diverse structure and properties, it is widely used in optics, adsorption, catalysis and so on. In this paper, transition metal complexes are used as hydrogen evolution electrocatalysts to modify carbon paste electrodes. Firstly, the W / S / Cu cluster was synthesized by thermal solvent method, and the carbon paste electrode modified by W / S / Cu cluster compound was prepared, and its structure was characterized by cathodic polarization curve. The effect of W / S / Cu cluster on the catalytic hydrogen evolution of the electrode was studied by electrochemical impedance spectroscopy. The results showed that the open circuit potential of W / S / Cu -GPE electrode shifted 0.178 V compared with the open circuit potential of GPE electrode, and the W / S / Cu GPE electrode had a positive shift in the open circuit potential of W / S / Cu GPE electrode under the same open circuit potential. The current density is much larger than the current density of GPE electrode. The activation energy of W / S / Cu-GPE electrode is 95.1 kJ mol -1, which is lower than that of GPE electrode. Two kinds of carbon paste electrodes, Ni-GPE and Cu-GPE, were prepared by solvothermal method and their structures were characterized by solvothermal method with sodium 5-sulfoisophthalate and 1-10-phenanthroline as double ligands. FE-SEM was used to characterize the surface morphology of the electrode, and electrochemical impedance technique was used to analyze the hydrogen evolution interface of the electrode material. The results showed that the current density was 10mAcm-2. Compared with GPE electrode, the hydrogen evolution superpotential of Ni-GPE electrode is 0.203V and that of Cu-GPE electrode is 0.170V. the exchange density of Cu-GPE electrode is 13 times that of GPE electrode. Two kinds of bimetallic CuBi complexes and CuGd complexes were synthesized by solvothermal method. The carbon paste electrodes modified by bimetallic complexes, CuBi-GPE and CuGd-GPE, were prepared, and the electrode materials and ligands were explored. The effect of temperature and the content of catalyst on the hydrogen evolution performance. When the current density is 10 Ma cm-2, the overpotential of CuBi-GPE electrode is 0.538 V higher than that of GPE electrode. The exchange density of CuBi-GPE electrode is 181 times of that of GPE electrode. Compared with that of GPE electrode, the overpotential of CuBi-GPE electrode is 0.450 V, and the exchange density of CuBi-GPE electrode is higher than that of GPE electrode. The density is 1206 times higher than that of GPE electrode.
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ116.2;O646.5

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本文編號：1505517