發(fā)布時間：2020-10-19 18:36

　　 隨著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展,人類對能源需求不斷增加。氫能被認(rèn)為是最有潛力的新能源之一。分解水是獲得氫氣的主要途徑,但是這個過程需要大量的電子和質(zhì)子做為還原劑。而水氧化過程可以為這個過程提供充足的電子和質(zhì)子。因此水氧化過程是水分解制氫技術(shù)的關(guān)鍵步驟。但是水氧化過程存在熱力學(xué)不利條件,需要外界提供更高的能量。因此促進(jìn)水氧化過程,必須研制出高效,穩(wěn)定,廉價(jià)的催化劑。但是現(xiàn)在性能較好的陽極氧化(OER)催化劑Pt,Ru02和Ir02價(jià)格昂貴,自然界儲量小,限制了其商業(yè)應(yīng)用。錳氧化物是一種新穎的、研究較少OER催化劑。水鈉錳礦(birnessite)是一種δ-型層狀錳氧化合物,通過錳氧八面體(MnO6)的共棱或共邊構(gòu)成了其層狀結(jié)構(gòu),層間含有堿金屬Na+離子和水分子。層間含有Na+的birnessite存在一些缺陷,一方面是室溫電導(dǎo)率差,這限制了其電荷傳輸性能;另一方片層狀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,影響其催化活性。為了解決上述問題,提高其OER活性,本論文進(jìn)行了如下研究:1.在室溫下通過使用EDTA-2Na做為絡(luò)合劑,合成了高純的birnessite。隨后合成出層間只含有H+的birnessite。使用四甲基氫氧化錢,對bimessite的層片進(jìn)行剝離,得到了剝離態(tài)的單層birnessite薄片。通過加入帶有正電性的錳氨基卟啉,對層片進(jìn)行重新組裝,得到新型的birnessite與金屬卜啉的復(fù)合材料。2.利用前述制備的復(fù)合材料進(jìn)行OER催化活性測試。將帶有正電荷的錳氨基卟啉嵌入到MnO2的層間,既能改善層狀MnO2的電荷傳輸特性,又能提高其穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果顯示,新材料展現(xiàn)出優(yōu)越了 OER性能,在5mA cm-2時,電勢大小為:MnTAPP@bir(V=0.91)birnessite,這個結(jié)果表明通過在水鈉錳礦中負(fù)載MnTAPP,不但使水鈉錳礦具有較大的比表面積,而且由于兩者的協(xié)同作用,使得活性位點(diǎn)的電催化水氧化活性大幅提高。通過計(jì)時電流測試,新材料也在4000s內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)秀的穩(wěn)定性。3.在溫和的條件下,通過簡便的方法,制備出了高純度的分別含有Na+,K+和Li+三種離子的bimessite,并研究三者的OER活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,不同層間堿金屬離子的bimessite,電催化水氧化活性存在顯著差異,而且穩(wěn)定性也有明顯不同。在三種產(chǎn)物中,Li-Bir表現(xiàn)出最好的反應(yīng)活性和最高的穩(wěn)定性。Li-Bir的比表面為 107.282 m2g-1,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 Na-Bir(35.623 m2g-1)與 K-Bir(11.900 m2g-1)。比表面的改變可能是其催化活性不同的主要原因。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O643.36
【部分圖文】：

圖１．?１?ｂｉｒｎｅｓｓｉｔｅ的層裝結(jié)構(gòu)??

birn}ssite與酸化后的bi嘆峪s對加的叉R習(xí)對比

２．４．２傅里葉紅外（ＦＴＩＲ）表征??由于金屬－氧鍵對紅外光譜非常敏感，每一種金屬和氧的結(jié)合形成的化學(xué)鍵??在指紋區(qū)都有特定的吸收峰，因此可以運(yùn)用紅外分析確定物質(zhì)的種類。圖２．４為??酸化的ｂｉｍｅｓｓｉｔｅ與ｂｉｍｅｓｓｉｔｅ的紅外光譜圖。兩者都在１６３０ｃｍ＿１附近出現(xiàn)吸收峰，??這是由于ｂｉｍｅｓｓｉｔｅ的表面水或?qū)娱g水的彎曲震動引起的。其中酸化后的ｂｉｍｅｓｓｉｔｅ??的吸收峰更強(qiáng)，這是由于酸化后，層間的陽離子離去，得到層間含有更多Ｈ２０??的ｂｉｍｅｓｓｉｔｅ。對于兩者在４２０－５２０ＣＨ１＇１范圍內(nèi)都有吸收峰，這是由于Ｍｎ－０鍵的??伸縮振動引起的。結(jié)合ＸＲＤ的結(jié)果，進(jìn)一步可以看出經(jīng)過酸交換后，ｂｉｍｅｓｓｉｔｅ??還具有層狀結(jié)構(gòu)，由此可以推測這個過程中只是發(fā)生了離子的相互交換過程。但??是經(jīng)過酸化過程后，ｂｉｍｅｓｓｉｔｅ內(nèi)部發(fā)生了一些變化，導(dǎo)致Ｍｎ－０鍵的結(jié)合能受到??影響，因此Ｍｎ－０鍵的ＸＲＤ特征衍射峰發(fā)生偏移。??圖２．５分別是負(fù)載ＭｎＴＡＰＰ的ｂｉｍｅｓｓｉｔｅ與ｂｉｍｅｓｓｉｔｅ的紅外光譜圖
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2847573