【摘要】：化石燃料日益枯竭并伴隨著嚴(yán)重的環(huán)境污染,因此開發(fā)各種清潔可再生能源勢(shì)在必行,其中氫氣被廣泛認(rèn)為是一種可持續(xù)且豐富的能源載體,擁有解決目前能源危機(jī)的巨大潛力。在電解水制氫過(guò)程中,析氧反應(yīng)因涉及四個(gè)電子的輸運(yùn),動(dòng)力學(xué)過(guò)程非常緩慢,需要高的電勢(shì)來(lái)克服反應(yīng)勢(shì)壘,從而驅(qū)動(dòng)水分解反應(yīng)。因此開發(fā)低成本,高效率以及環(huán)境友好的析氧電催化劑具有十分重要的意義。金屬有機(jī)骨架化合物在煅燒過(guò)程中能夠原位衍生碳,同時(shí)可在碳骨架中摻入氮、磷等元素,因此其衍生物是非常有前景的貴金屬基電催化劑替代物。本文分別采用含氮和不含氮的有機(jī)配體,通過(guò)溶劑熱法合成了兩種不同的鎳基金屬有機(jī)骨架化合物前驅(qū)體,將前驅(qū)體進(jìn)行不同的煅燒處理得到了石墨烯支撐碳限域磷化鎳納米晶(Ni_2P@C/G)以及氮摻雜碳限域鎳/石墨烯復(fù)合物(Ni@NC/G)。通過(guò)相應(yīng)測(cè)試方法表征了兩種樣品的結(jié)構(gòu),并研究了其作為析氧催化劑的電催化性能,同時(shí)進(jìn)一步探究了Ni_2P@C/G催化析氧反應(yīng)的機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:(1)以均苯三甲酸為有機(jī)配體,通過(guò)溶劑熱法合成鎳基前驅(qū)體,經(jīng)過(guò)兩步煅燒過(guò)程制備了Ni_2P@C/G。選用2-甲基咪唑?yàn)橛袡C(jī)配體,通過(guò)溶劑熱法合成了含氮鎳基前驅(qū)體,在不同溫度下對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行一步碳化處理,得到Ni@NC/G。對(duì)Ni_2P@C/G和Ni@NC/G進(jìn)行了物相,形貌,石墨化程度,元素含量,比表面積等結(jié)構(gòu)表征。(2)對(duì)Ni_2P@C/G進(jìn)行電催化性能測(cè)試,結(jié)果表明Ni_2P@C/G具有優(yōu)異的析氧催化活性,僅需285 mV就可以達(dá)到10 mA cm~(-2)的電流密度,塔菲爾斜率低至44 mV dec~(-1),并具有很好的耐久性,其性能優(yōu)于商業(yè)化IrO_2,并且可以與目前性能優(yōu)異的非貴金屬析氧催化劑相媲美。進(jìn)一步的機(jī)理研究表明,石墨化碳層內(nèi)部的Ni_2P納米晶體在析氧反應(yīng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生氧化,原位生成的NiOOH作為活性位點(diǎn)增強(qiáng)了材料的催化活性。(3)將不同溫度下碳化得到的Ni@NC/G進(jìn)行電催化性能測(cè)試,結(jié)果表明Ni@NC/G-550具有最好的析氧催化活性,僅需291 mV就可以達(dá)到10 mA cm~(-2)的電流密度,塔菲爾斜率為74 mV dec~(-1),其性能可與貴金屬氧化物IrO_2相媲美。
【圖文】：

第 1 章 緒論言全球能源需求的不斷增長(zhǎng)，化石燃料已日益枯竭，大量化石嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。因此，，開發(fā)和利用具有高效率，低成的各種清潔可持續(xù)能源的轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存技術(shù)具有非常重要的意為是一種最豐富的自然資源，人們正通過(guò)各類策略與方法來(lái)中最典型的方法就是利用太陽(yáng)能電池（即固態(tài)光伏器件和染）將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，但是該方法無(wú)法儲(chǔ)存能量[1]。眾所周節(jié)性因素，太陽(yáng)能通常是不連續(xù)和可變的，因此高效的儲(chǔ)存得至關(guān)重要[3]。

性（紅線）和堿性（藍(lán)線）條件下的 OER 反下，首先水失去一個(gè)電子，生成 H+并形成反應(yīng) 鍵斷裂并失去一個(gè)電子，形成新的中間體 MO斷裂失去一個(gè)電子，生成 H+，MO 則轉(zhuǎn)變?yōu)镺OH 中的 O-H 鍵斷裂失去一個(gè)電子，并生成表面。具體的反應(yīng)機(jī)理如下：M + H2O → MOH + H++ e-MOH → MO + H++ e-MO + H2O → MOOH + H++ e-MOOH → M + O2+ H++ e-下，首先 OH-吸附在材料表面的活性位點(diǎn) M 上
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O643.36

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本文編號(hào)：2598157