【摘要】：化石燃料日益枯竭并伴隨著嚴重的環(huán)境污染,因此開發(fā)各種清潔可再生能源勢在必行,其中氫氣被廣泛認為是一種可持續(xù)且豐富的能源載體,擁有解決目前能源危機的巨大潛力。在電解水制氫過程中,析氧反應因涉及四個電子的輸運,動力學過程非常緩慢,需要高的電勢來克服反應勢壘,從而驅動水分解反應。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。金屬有機骨架化合物在煅燒過程中能夠原位衍生碳,同時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配體,通過溶劑熱法合成了兩種不同的鎳基金屬有機骨架化合物前驅體,將前驅體進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/石墨烯復合物(Ni@NC/G)。通過相應測試方法表征了兩種樣品的結構,并研究了其作為析氧催化劑的電催化性能,同時進一步探究了Ni_2P@C/G催化析氧反應的機理。主要研究結果如下:(1)以均苯三甲酸為有機配體,通過溶劑熱法合成鎳基前驅體,經過兩步煅燒過程制備了Ni_2P@C/G。選用2-甲基咪唑為有機配體,通過溶劑熱法合成了含氮鎳基前驅體,在不同溫度下對前驅體進行一步碳化處理,得到Ni@NC/G。對Ni_2P@C/G和Ni@NC/G進行了物相,形貌,石墨化程度,元素含量,比表面積等結構表征。(2)對Ni_2P@C/G進行電催化性能測試,結果表明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。進一步的機理研究表明,石墨化碳層內部的Ni_2P納米晶體在析氧反應過程中會發(fā)生氧化,原位生成的NiOOH作為活性位點增強了材料的催化活性。(3)將不同溫度下碳化得到的Ni@NC/G進行電催化性能測試,結果表明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，化石燃料已日益枯竭，大量化石嚴重的環(huán)境污染問題。因此，，開發(fā)和利用具有高效率，低成的各種清潔可持續(xù)能源的轉換與儲存技術具有非常重要的意為是一種最豐富的自然資源，人們正通過各類策略與方法來中最典型的方法就是利用太陽能電池（即固態(tài)光伏器件和染）將太陽能轉化為電能，但是該方法無法儲存能量[1]。眾所周節(jié)性因素，太陽能通常是不連續(xù)和可變的，因此高效的儲存得至關重要[3]。

性（紅線）和堿性（藍線）條件下的 OER 反下，首先水失去一個電子，生成 H+并形成反應 鍵斷裂并失去一個電子，形成新的中間體 MO斷裂失去一個電子，生成 H+，MO 則轉變?yōu)镺OH 中的 O-H 鍵斷裂失去一個電子，并生成表面。具體的反應機理如下：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 M 上
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36

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本文編號：2598157