本文關(guān)鍵詞：納米多孔金條帶復(fù)合金屬氧化物電極的制備及析氧性能研究

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【摘要】：隨著能源消耗和環(huán)境問題的增加,尋找低成本、可以大規(guī)模生產(chǎn)且環(huán)境友好型能源的方法成為我們勢在必行的事情。氫能作為二次能源,是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础ｋ娊馑巧a(chǎn)氫氣的一種重要方法,但是高過電位和低反應(yīng)動力學(xué)的析氧反應(yīng)嚴(yán)重制約其發(fā)展。因此,發(fā)展高效、低成本的析氧催化劑是氫能大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵因素。貴金屬基催化劑雖然表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性,但是高昂的價格以及儲量有限等特點限制了其大規(guī)模應(yīng)用,所以進(jìn)一步提高催化活性,同時降低消耗是發(fā)展貴金屬基催化劑的重點。另一方面,非貴金屬基催化劑,如第一排過渡金屬氧化物,因其低廉的價格、儲量豐富及相對較好的催化活性也引起人們越來越多的關(guān)注。但是過渡金屬氧化物本身較低的電導(dǎo)率影響了整個電極材料的催化性能。為此,研究者們?yōu)榱私鉀Q這些問題,提出了各種方法,如減小催化劑的尺寸,在晶體表面增加高指數(shù)晶面以及負(fù)載納米尺寸的催化劑到具有大比表面積的基體上來提高活性物質(zhì)的催化活性和減小消耗。本文利用納米多孔金的高比表面積、高電導(dǎo)率以及強(qiáng)電負(fù)性等特點,通過電鍍的方式將金屬氧化物生長在其上,制備出自支撐、一體化且具有柔韌性的實體/納米多孔金/金屬氧化物的復(fù)合電極結(jié)構(gòu),獲得了穩(wěn)定、高效的催化性能。本論文的研究內(nèi)容有以下兩個部分:1、鈷因為儲量豐富,而且鈷的氧化物表現(xiàn)出好的OER活性,可作為低成本電催化析氧催化劑替代貴金屬基氧化物在堿性電解液中的應(yīng)用。通過恒流電鍍的方法將鈷的氧化物沉積在S/NP Au條帶上,制備出一體化的S/NP Au/Co氧化物復(fù)合電極。S/NP Au復(fù)合結(jié)構(gòu)一方面可以提高電子和離子在電極中的傳輸速度,另一方面金是電負(fù)性最強(qiáng)的金屬,可以作為電子冷肼使鈷易被氧化成具有催化活性的高價態(tài)。因此S/NP Au/Co氧化物復(fù)合電極表現(xiàn)出很好的催化性能,獲得10 m A cm-2的電流密度僅需320 m V的過電位。24小時穩(wěn)定性測試后的電流密度衰減程度很小。2、氧化銥是電催化析氧反應(yīng)性能最好的金屬氧化物之一,但是其高昂的價格以及在地球中的儲量限制了其大規(guī)模應(yīng)用。通過循環(huán)伏安法將氧化銥電沉積在NP Au條帶上,制備出一體化的NP Au/Ir O2復(fù)合電極,表現(xiàn)出優(yōu)秀的析氧催化活性,電流密度為10 m A cm-2時的過電位僅0.276 V。此研究結(jié)果表明這種一體化獨特的電極結(jié)構(gòu)是有效利用貴金屬基催化劑并且提高催化性能的有效途徑。
【關(guān)鍵詞】：金屬氧化物 納米多孔金 電化學(xué)析氧反應(yīng) 水分解
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-34
• 1.1 制氫技術(shù)的研究現(xiàn)狀11-15
• 1.1.1 燃料處理11-14
• 1.1.2 非重整制氫14-15
• 1.2 堿性電解水制氫的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 析氧電極材料的研究現(xiàn)狀17-28
• 1.3.1 貴金屬基催化劑18-21
• 1.3.2 非貴金屬基催化劑21-28
• 1.4 導(dǎo)電多孔金屬在電化學(xué)催化反應(yīng)中的應(yīng)用28-32
• 1.4.1 納米多孔金屬的制備28-31
• 1.4.2 納米多孔金屬在電化學(xué)催化反應(yīng)中的應(yīng)用31-32
• 1.5 本論文研究內(nèi)容32-34
• 第2章 納米多孔金條帶復(fù)合鈷的氧化物電極的制備及析氧性能研究34-46
• 2.1 引言34-35
• 2.2 實驗部分35-36
• 2.2.1 S/NP Au/Co的氧化物復(fù)合電極的制備35
• 2.2.2 S/NP Au/Co的氧化物復(fù)合電極的結(jié)構(gòu)與形貌表征35-36
• 2.2.3 S/NP Au/Co的氧化物復(fù)合電極電化學(xué)性能表征36
• 2.3 結(jié)論與討論36-44
• 2.3.1 S/NP Au/Co的氧化物復(fù)合電極的結(jié)構(gòu)與形貌表征36-41
• 2.3.2 S/NP Au/Co的氧化物復(fù)合電極電化學(xué)性能表征41-44
• 2.4 本章小結(jié)44-46
• 第3章 納米多孔金條帶復(fù)合氧化銥電極的制備及析氧性能研究46-58
• 3.1 引言46-47
• 3.2 實驗部分47-48
• 3.2.1 NP Au/IrO2復(fù)合電極的制備47-48
• 3.2.2 NP Au/IrO2復(fù)合電極結(jié)構(gòu)與形貌表征48
• 3.2.3 NP Au/IrO2復(fù)合電極電化學(xué)性能表征48
• 3.3 結(jié)果與討論48-57
• 3.3.1 NP Au/IrO2復(fù)合電極的結(jié)構(gòu)與形貌表征48-51
• 3.3.2 NP Au/IrO2復(fù)合電極電化學(xué)性能表征51-57
• 3.4 本章小結(jié)57-58
• 第4章 結(jié)論58-60
• 參考文獻(xiàn)60-78
• 致謝78-79

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本文編號：689228