發(fā)布時(shí)間：2017-09-13 03:01

  本文關(guān)鍵詞：電化學(xué)析氫反應(yīng)催化劑設(shè)計(jì)、制備及性能研究

  更多相關(guān)文章： HER 二硫化鉬 氨基化多壁碳納米管 桑葉 電化學(xué)處理

【摘要】：隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,化石燃料逐漸枯竭,同時(shí)化石燃料燃燒會(huì)帶來(lái)的空氣污染等環(huán)境問(wèn)題,迫使人們需要尋找清潔可再生的太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物能和氫能等新能源。在這些新能源中,氫氣由于其來(lái)源廣泛,燃燒產(chǎn)物為無(wú)污染的水,同時(shí)單位質(zhì)量的氫氣產(chǎn)生的能量較其他能源大,能量利用率高,因此受到了人們的廣泛關(guān)注。但是電解水產(chǎn)生氫氣,動(dòng)力學(xué)過(guò)程緩慢,往往需要很高的過(guò)電位,因而需要尋找到一種高效的相對(duì)廉價(jià)的析氫反應(yīng)(HER)催化劑以降低其電解過(guò)程中需要的高能量消耗,實(shí)現(xiàn)高效地電解水反應(yīng)。目前,鉑族金屬是最好的HER電化學(xué)催化劑,但是它們的稀有性、高成本也使其難以大規(guī)模推廣使用。在其他非貴金屬催化劑中,鉬基化合物包括二硫化鉬,硒化鉬,碳化鉬,硼化鉬和氮化鉬等在過(guò)去幾年中引起人們廣泛關(guān)注。同時(shí)一些過(guò)渡金屬磷化物和碳納米管的復(fù)合物包括CoP/CNT,Ni_2P,NiP_2等對(duì)HER也具有良好的催化效果。尋找高效的析氫催化劑,開(kāi)發(fā)利用氫氣能源已經(jīng)成為未來(lái)能源領(lǐng)域的重要內(nèi)容。一個(gè)完整的水裂解過(guò)程可以分為水氧化(1)和析氫(2)兩個(gè)部分:2H_2O→O_2+2H_2(總反應(yīng))2H_2O →O_2+4H~++4e~-(1)4H~++4e~-→2H_2(2)許多水裂解的過(guò)程往往依賴于最后一步HER。析氫的第一步是氫離子與電子的結(jié)合反應(yīng),即H~++e~-+*→H*。*表示氫表面上的結(jié)合位點(diǎn)。第二步是通過(guò)一個(gè)或兩個(gè)過(guò)程中氫氣分子的釋放,即2H*→H_2+2*或者H~++e~-+H*→H_2+*,如鉑催化劑可以溫和地吸附氫并需要很少的反應(yīng)活化能將氫氣從表面脫附,水電解析氫的過(guò)電位幾乎為零,因此析氫過(guò)程的研究對(duì)于開(kāi)發(fā)氫能具有十分重要的意義。二硫化鉬,自然界中十分典型的層狀礦物,通常被證明是加氫脫硫反應(yīng)的催化劑,最近幾年成為是HER催化劑中的“明星分子”,通過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明二硫化鉬對(duì)析氫結(jié)果的催化作用主要取決于二硫化鉬邊緣的硫,而它的平面的原子對(duì)HER沒(méi)有明顯的催化作用。所以,對(duì)HER來(lái)說(shuō),通常納米級(jí)的二硫化鉬比大塊的二硫化鉬具有更高的活性。碳納米材料,其中,碳納米管,由于其獨(dú)特的電子傳導(dǎo)能力,生物相容性,易功能化等物理和化學(xué)性能,經(jīng)常被應(yīng)用到納米電子學(xué)、催化、材料科學(xué)和生物學(xué)等各個(gè)研究領(lǐng)域,在能源的催化實(shí)驗(yàn)方面也經(jīng)常被用來(lái)負(fù)載不易附著在電極上的催化劑,同時(shí)能在很大程度上提高催化劑的電子傳導(dǎo)能力和催化性能。桑葉,一種�？浦参�,通過(guò)熱解植物組織制備微納米材料,是一種方便、廉價(jià)、可大規(guī)模制備催化劑的方法�？梢灶A(yù)期,高溫碳化后的桑葉也是一種特殊結(jié)構(gòu)的碳材料,結(jié)合其他的電化學(xué)處理手段制備具有良好的HER催化活性的催化劑,在能源的利用方面相信具有很大的應(yīng)用前景。本文以“明星分子”二硫化鉬和新型的碳材料——氨基化多壁碳納米管結(jié)合作為電極材料,構(gòu)建了相關(guān)的電化學(xué)催化劑,用于氫能源的催化劑。具體概述如下:1.研究了二硫化鉬(Molybdenum disulfide)在氨基化多壁碳納米管修飾電極上的直接電化學(xué)行為,考察了其對(duì)氫氣催化還原的性能。氨基化多壁碳納米管:MoS_2為0.25:1的復(fù)合物表現(xiàn)出很好的電催化活性,起始電位達(dá)-260 mV,塔菲爾斜率達(dá)65 mV/dec,同時(shí)該復(fù)合材料在酸性溶液中2000圈電化學(xué)處理后表現(xiàn)出更好的電化學(xué)析氫催化性能。2.制備了真空燒后的桑葉產(chǎn)物通過(guò)酸性溶液里的電化學(xué)處理后,探究其對(duì)H_2的析出具有優(yōu)良的電催化性能�；诖搜兄瞥鑫鰵浯呋瘎�,該催化劑在氫氣析出過(guò)程中起始電位為50 mV,tafel曲線96 mV/dec,在10和20 mAcm~(-2)的電流密度下僅僅需要過(guò)電勢(shì)275 mV and 321 mV,在酸性溶液里四個(gè)小時(shí)的電化學(xué)處理過(guò)程中都能維持其良好的催化活性。3.基于僅僅碳納米管材料,包括單壁碳納米管,多壁碳納米管,氨基化多壁碳納米管以及石墨烯等對(duì)H_2析出的催化性能,制備了HER催化劑,通過(guò)觀察其起始電位,tafel曲線,探究其對(duì)氫氣析出的催化作用。
【關(guān)鍵詞】：HER 二硫化鉬 氨基化多壁碳納米管 桑葉 電化學(xué)處理
【學(xué)位授予單位】：安徽師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;TQ116.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-28
• 1.氫能源概述12-13
• 2.析氫電極材料概述13-14
• 3.常見(jiàn)析氫材料的特點(diǎn)及其應(yīng)用14-18
• 3.1 鉑族金屬14-15
• 3.2 銅副族元素15-16
• 3.3 過(guò)渡金屬鐵、鈷、鎳16
• 3.4 過(guò)渡金屬二硫?qū)倩铮∕X_2）16-17
• 3.5 碳材料17-18
• 4.本論文的選題依據(jù)及研究?jī)?nèi)容18-19
• 4.1 本論文的選題依據(jù)18-19
• 4.2 本論文的研究?jī)?nèi)容19
• 5.參考文獻(xiàn)19-28
• 第二章 氨基化多壁碳納米管MoS_2納米顆粒復(fù)合物電化學(xué)催化HER28-42
• 1.引言28-29
• 2.實(shí)驗(yàn)部分29-30
• 2.1 儀器與試劑29-30
• 2.2 氨基化多壁碳納米管-二硫化鉬的合成30
• 2.3 修飾電極的制備30
• 3.結(jié)果與討論30-35
• 3.1 樣品的形態(tài)表征30-31
• 3.2 氨基化多壁碳納米管-二硫化鉬復(fù)合材料對(duì)HER的催化作用31-32
• 3.3 析氫tafel曲線研究32-33
• 3.4 不同材料的阻抗研究33-34
• 3.5 氨基化多壁碳納米管-MoS_2的循環(huán)穩(wěn)定性研究34-35
• 4.結(jié)論35
• 5.參考文獻(xiàn)35-42
• 第三章 高溫?zé)峤馍Ｈ~制備氮摻雜的蜂窩狀碳納米材料制備HER催化劑42-59
• 1.引言42-43
• 2.實(shí)驗(yàn)部分43-44
• 2.1 儀器與試劑43
• 2.2 N-CNPSs的合成43
• 2.3 修飾電極的制備43-44
• 3.結(jié)果與討論44-51
• 3.1 桑葉的形態(tài)，N-CNPSs和N-CNPSs-ET44-47
• 3.2 析氫電化學(xué)特性47-50
• 3.3 N-CNPSs的紅外及拉曼分析50-51
• 4.結(jié)論51
• 5.參考文獻(xiàn)51-59
• 第四章 電化學(xué)處理影響碳納米材料電化學(xué)HER性能探索59-71
• 1.引言59-60
• 2.實(shí)驗(yàn)部分60-61
• 2.1 儀器與試劑60
• 2.2 碳納米管等碳納米材料分散液的制備60-61
• 2.3 修飾電極的制備61
• 3.結(jié)果與討論61-64
• 3.1 析氫電化學(xué)特性61-64
• 4.結(jié)論64-65
• 5.參考文獻(xiàn)65-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間（待）發(fā)表的論文71-72
• 致謝72

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張開(kāi)悅;劉偉華;陳暉;張博;劉建國(guó);嚴(yán)川偉;;堿性電解水析氫電極的研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2015年10期

2 蔡立柱;王靖雯;李涵;;淺談氫能源技術(shù)優(yōu)勢(shì)及發(fā)展[J];中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品;2015年03期

3 劉磊;金晶;趙慶慶;張盈文;劉娓;;中國(guó)及世界一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀分析[J];能源研究與信息;2014年01期

4 湯鵬;肖堅(jiān)堅(jiān);鄭超;王石;陳潤(rùn)鋒;;類石墨烯二硫化鉬及其在光電子器件上的應(yīng)用[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2013年04期

5 常樂(lè);;非化石能源制氫技術(shù)綜述[J];能源研究與信息;2011年03期

6 賈同國(guó);王銀山;李志偉;;氫能源發(fā)展研究現(xiàn)狀[J];節(jié)能技術(shù);2011年03期

7 李兵;王培紅;;氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J];上海電力;2010年03期

8 劉宇;;車載氫能源技術(shù)的分析與展望[J];能源與環(huán)境;2010年01期

9 黃正夏;;深入認(rèn)識(shí)開(kāi)發(fā)氫能源的戰(zhàn)略意義[J];時(shí)代汽車;2009年09期

10 周慶凡;郭金瑞;;我國(guó)一次能源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀[J];資源與產(chǎn)業(yè);2009年01期

，

本文編號(hào)：841112