發(fā)布時(shí)間：2020-06-30 17:01

【摘要】：由于科技的進(jìn)步,人口的激增,地球蘊(yùn)藏的有限的化石能源被大量消耗,環(huán)境污染急劇惡化,因此開發(fā)可再生清潔能源迫在眉睫。氫能作為一種新型清潔能源,其來源廣泛,熱值高,燃燒無污染,因此成為近年來可再生清潔能源的研究熱點(diǎn)。電解水制氫是目前研究最為廣泛的制氫方法,但仍存在催化劑價(jià)格昂貴、電極極化等問題。過渡金屬催化劑因其來源豐富,價(jià)格低廉,催化性能潛力巨大,成為近年來HER/OER催化劑研究的熱點(diǎn)。在雙金屬氮摻雜碳復(fù)合材料的制備中,本文采用加熱回流制備出雙金屬前驅(qū)體,通過前驅(qū)體高溫qF燒制備出最終的CoNi雙金屬氮摻雜復(fù)合材料(CoNi-NC)。通過XRD、XPS、SEM、Raman等表征方法對(duì)上述催化劑進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。不同煅燒溫度導(dǎo)致催化劑的結(jié)構(gòu)形貌、結(jié)晶度和導(dǎo)電性不同。通過電化學(xué)測試對(duì)催化劑進(jìn)行HER/OER電化學(xué)性能測試。電化學(xué)數(shù)據(jù)表明,在N2飽和的0.1 mol KOH堿性溶液中,采用相同方法制備的CoFe-NC和FeNi-NC的HER/OER性能均不如CoNi-NC催化劑。雙金屬氮摻雜復(fù)合材料的電化學(xué)性能優(yōu)于其單金屬氮摻雜復(fù)合材料。在煅燒溫度對(duì)CoNi-NC的HER/OER電化學(xué)性能影響的測試中,CoNi-NC系列催化劑的HER/OER電化學(xué)性能隨煅燒溫度的增加均先增大后減小,800℃是最佳的煅燒溫度。10mA·cm2電流密度下,CoNi-NC-800的HER過電位為175mV,Tafel斜率為207mV·dec-1;OER過電位為423mV,Tafel斜率為97 mV·dec-1。這些數(shù)據(jù)均表明CoNi-NC-800是性能優(yōu)異的HER/OER雙功能催化劑,這是因?yàn)閮煞N金屬的氫原子結(jié)合能不同導(dǎo)致材料吸附氫能力有強(qiáng)有弱,有利于氫氣的析出,氮元素的摻雜也增加了催化劑的催化活性。在雙金屬納米材料的制備中,本文通過水熱合成FeNi雙金屬氧化物催化劑和CoNi雙金屬氫氧化物催化劑。油胺油酸、TOPO在催化劑制備過程中為修飾劑和穩(wěn)定劑。本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)研究了油胺油酸添加量、TOPO添加量以及雙金屬摩爾比等反應(yīng)條件對(duì)催化劑物質(zhì)結(jié)構(gòu)和HER/OER電化學(xué)性能的影響。FeNi雙金屬氧化物催化劑電化學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)果研究表明,油酸添加量為2 mL,FeNi摩爾比為3:1時(shí),FeNi-NPs的HER活性最好,10 mA·cm-2電流密度下,HER過電位為427 mV,Tafel斜率為156 mV·dec-1;FeNi 摩爾比為 1:1 時(shí),FeNi-NPs 的 OER 活性最好,10mA·cm-2電流密度下,OER過電位為416 mV,Tafel斜率為113 mV·dec-1。FeNi-NPs的微觀結(jié)構(gòu)由納米球結(jié)構(gòu)逐漸變成納米棒狀。CoNi雙金屬氫氧化物催化劑電化學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)果研究表明,TOPO的添加量在為3.5 mmol,CoNi摩爾比為1:1時(shí)的CoNi-DHs的HER活性最好,10mA·cm-2電流密度下,HER過電位為463 mV,Tafel斜率為71 mV·dec-1;CoNi摩爾比為1:3時(shí)的CoNi-DHs的OER活性最好,10 mA·cm-2電流密度下,OER過電位為379 mV,Tafel斜率為56 mV·dec-1。隨著CoNi摩爾比的增加,CoNi-DHs的微觀結(jié)構(gòu)由正六邊形納米片狀結(jié)構(gòu)逐漸變成納米束狀。通過硼氫化鈉還原四水乙酸鈷得到單質(zhì)鈷與二甲基咪唑回流自組裝得到Co@ZIF-67。利用XRD、TEM等表征手段可知其微觀結(jié)構(gòu)呈正十二面體的Co@ZIF-67。金屬鈷作為電解水催化劑的活性位點(diǎn),與二甲基咪唑的添加比例對(duì)催化劑結(jié)構(gòu)形貌和電催化水分解性能有著重要影響。當(dāng)鈷單質(zhì)與二甲基咪唑添加比例為1:2和1:4時(shí),催化劑的HER和OER均展現(xiàn)出了很好的活性,其中在10mA·cm-2的電流密度下,Co@ZIF-67-3催化劑的HER過電勢為446 mV,OER過電勢為402mV;Co@ZIF-67-4催化劑的HER過電勢為442 mV,OER過電勢為409 mV。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O643.36;TQ116.21
【圖文】：

所以又被稱為水滑石類化合物。ＬＤＨｓ的化學(xué)通式為逡逑其中Ｎ代表Ｆｅ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ等過渡金屬元素的不逡逑同價(jià)態(tài)［８１］。其微觀立體結(jié)構(gòu)圖１－５所示。ＬＤＨｓ具有主體元素多變、可控生長、可調(diào)逡逑節(jié)的層間距等獨(dú)特的優(yōu)勢，因此制備過渡金屬層狀氫氧化物用于ＯＥＲ反應(yīng)時(shí)表現(xiàn)出逡逑了邋ＯＥＲ催化性能很好。Ｊｉａｎｇ等同在１８（Ｔ邋Ｃ下采用高溫水熱法反應(yīng)２４邋ｈ制備得到逡逑ＮｉＣｏ－ＬＤＨ納米片催化劑，其內(nèi)在的層狀結(jié)構(gòu)，相互連接的納米陣列構(gòu)型和獨(dú)特的氧逡逑１１逡逑

圖２－１布拉格衍射示意圖逡逑Ｆｉｇ邋２－１邋Ｂｒａｇｇ邋ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑得催化劑的ＸＲＤ測試均采用日本理學(xué)號(hào)的Ｘ－射線粉末衍射儀。在該儀器上進(jìn)行測試之及晶型等信息。具體測定條件為：入射源為Ｃｕ－４ｘｌ0４Ｖ，儀器掃描度數(shù)范圍為５邋－８０邋，步長０．０析（Ｒａｍａｎ）逡逑催化劑的Ｒａｍａｎ測試均采用英國雷尼紹公司生光照射到物質(zhì)上表面上時(shí)發(fā)生散射，散射類型有長有關(guān)，與激發(fā)光波長相同成分的散射光發(fā)生的

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 張開悅;劉偉華;陳暉;張博;劉建國;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 李春曦;王佳;葉學(xué)民;喻橋;;我國新能源發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J];電力科學(xué)與工程;2012年04期

3 石洪源;郭佩芳;;我國潮汐能開發(fā)利用前景展望[J];海岸工程;2012年01期

4 李培;王新;柴發(fā)合;王淑蘭;王鍔一;胡敏;王瑞斌;嚴(yán)剛;任洪巖;吳玉萍;謝永明;;我國城市大氣污染控制綜合管理對(duì)策[J];環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展;2011年05期

5 溫福宇;楊金輝;宗旭;馬藝;徐倩;馬保軍;李燦;;太陽能光催化制氫研究進(jìn)展[J];化學(xué)進(jìn)展;2009年11期

6 郭平;;析氫反應(yīng)與過電位的關(guān)系以及氫過電位的應(yīng)用[J];河北化工;2009年07期

7 李景明;王紅巖;趙群;;中國新能源資源潛力及前景展望[J];天然氣工業(yè);2008年01期

8 張伯泉;楊宜民;;風(fēng)力和太陽能光伏發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];中國電力;2006年06期

9 王艷輝,吳迪鏞,遲建;氫能及制氫的應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];化工進(jìn)展;2001年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 張海龍;中國新能源發(fā)展研究[D];吉林大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2735564