發(fā)布時間：2021-02-28 20:24

　　全球性的能源危機和環(huán)境污染使得可再生新能源的開發(fā)、存儲和轉(zhuǎn)換成為人們研究的熱點。氫能具有能量密度高、清潔無污染等優(yōu)點,氨具有比氫能更高的能量密度和易液化等優(yōu)點,都是理想的二次能源。電解水和可再生氫氧燃料電池工藝可以實現(xiàn)氫能與電能的高效生產(chǎn)、存儲與轉(zhuǎn)換,電催化氮氣還原技術(shù)可以實現(xiàn)氨氣的低能耗綠色生產(chǎn),具有良好的發(fā)展前景。除了工程問題外,高性能、廉價電催化劑的開發(fā)對于降低電解水陰極氫氣析出反應(yīng)（HER）的過電位、加速其陽極氧氣析出反應(yīng)（OER）及燃料電池正極氧氣還原反應(yīng)（ORR）的動力學(xué)、提高氮氣還原反應(yīng)（NRR）的產(chǎn)率和選擇性至關(guān)重要。盡管貴金屬催化劑如Pt、Ru、Ru O₂、Ir O₂等能夠顯著提升這些反應(yīng)的活性,但高昂的使用成本和有限的循環(huán)穩(wěn)定性限制了其廣泛應(yīng)用。雜合結(jié)構(gòu)納米材料通過集成具有不同本征特性的組成組分,不僅可以降低貴金屬用量,還可以繼承這些組分的優(yōu)點,并在其界面處產(chǎn)生特殊的缺陷或電子相互作用,從而優(yōu)化雜合納米材料的電催化劑特性。鑒于當前研究現(xiàn)狀,本論文以改善電催化性能并逐步降低催化劑成本為宗旨,通過雜化具有不同本征特性的多種金屬... 

【文章來源】：南京師范大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：162 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

氫能的生產(chǎn)、存儲與轉(zhuǎn)換過程示意圖

第1章緒論3圖1.2電解水和可再生氫氧燃料電池的工作原理示意圖圖1.3電催化氮氣還原裝置示意圖在納米電催化領(lǐng)域中，界面工程因其可操作性強、設(shè)計思路清晰等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注。眾所周知，不同組分具有不同的物相結(jié)構(gòu)和物化性質(zhì)，雜合結(jié)構(gòu)通過融合不同組分，可以在其界面處產(chǎn)生大量缺陷，或強電子相互作用，導(dǎo)致電子的重新排布，進而優(yōu)化催化劑的電導(dǎo)率、d帶中心或電化學(xué)反應(yīng)中間體的吸附能等，促進反應(yīng)的進行[5,6]。例如Chauhan等人[7]設(shè)計合成了一種Pt-CeOx納米線催化劑，系列光譜、電鏡表征發(fā)現(xiàn)Pt/CeOx異質(zhì)界面處同時存在Frenkel缺陷簇和Schottky缺陷簇，二者可以協(xié)同作用共同促進ORR進程，最終實現(xiàn)在5%Pt載量的條件下展現(xiàn)出與商用20%Pt/C催化劑相當?shù)腛RR催化性能。此外，雜合結(jié)構(gòu)中的不同組分具有不同的本征特

率，而且可以降低設(shè)備運行成本。雜合納米結(jié)構(gòu)催化劑可以實現(xiàn)電催化性能和低貴金屬用量的‘雙贏’，因此具有很好的發(fā)展前景。此外，一些特殊形貌、結(jié)構(gòu)的單組分催化劑，如合金、核殼、多面體、無定形以及單原子催化劑等也具有優(yōu)良的電催化性能。根據(jù)貴金屬用量的多少，這些催化劑可以分為低貴金屬含量催化劑，和非貴金屬催化劑。前者多用于電催化ORR領(lǐng)域，后者多用于OER催化領(lǐng)域，HER和NRR領(lǐng)域中則二者兼有。因此根據(jù)催化劑開發(fā)成本的高低，本論文將依次介紹不同類型電催化劑的優(yōu)缺點及其在ORR、HER、OER、NRR領(lǐng)域的應(yīng)用。圖1.4Ni(OH)2/Pt(111)雜合納米結(jié)構(gòu)HER過程示意圖，主要包括表面水解離、形成M-Had中間體、Had復(fù)合形成H2以及OH-從Ni(OH)2表面脫附然后再吸附下一個水分子的過程


本文編號：3056408