本文關(guān)鍵詞：貴金屬修飾的硅納米線用于電化學(xué)析氫研究

  更多相關(guān)文章： 貴金屬 納米顆粒 硅納米線 析氫反應(yīng) 催化

【摘要】：在當(dāng)前的能源供應(yīng)過程中,氫氣是最有前途的清潔能源,并且具有環(huán)保、易存儲(chǔ)和能量密度大等特點(diǎn)。電催化析氫反應(yīng)現(xiàn)被視為是一種高效的、有發(fā)展前景的、并能有效的解決未來能源危機(jī)的方法之一,因此,設(shè)計(jì)出具有較高活性和低廉成本的析氫催化劑是必不可少的。其中,貴金屬催化劑在電化學(xué)析氫反應(yīng)中具有良好的催化效果。貴金屬納米顆粒的傳統(tǒng)合成方法主要是化學(xué)液相還原法,反應(yīng)過程中,加入了表面活性劑和還原劑等添加劑,同時(shí)還會(huì)伴隨著納米顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象。本論文中,利用氫氟酸處理硅線,表面形成具有還原能力的Si-H鍵,從而將溶液中貴金屬還原在硅納米線表面,得到貴金屬(釕、銠、鉑)修飾的硅納米線復(fù)合物。另外,硅納米線具有大的比表面積,而且能通過Si-H鍵緊密的負(fù)載金屬納米顆粒阻止納米顆粒團(tuán)聚等特點(diǎn)。本論文中旨在用硅納米線負(fù)載貴金屬(釕、銠、鉑)制備出新型的電化學(xué)析氫催化劑,并提高其析氫反應(yīng)效率,為電化學(xué)析氫實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。論文主體主要包括以下三個(gè)部分:(1)利用Si-H鍵的還原能力將釕納米顆粒原位還原在硅納米線表面,得到均勻穩(wěn)定的釕納米顆粒修飾的硅納米線復(fù)合物,利用X射線粉末衍射儀,掃描電鏡,透射電鏡進(jìn)行表征分析。將制備出的釕納米顆粒修飾的硅納米線復(fù)合物應(yīng)用于電化學(xué)析氫測(cè)試,用0.5 M硫酸溶液作為電解液,研究其電化學(xué)析氫能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,釕納米顆粒修飾的硅納米線復(fù)合物表現(xiàn)出良好的電化學(xué)析氫性能,如低的起始過電位(110 mV)和大的電流密度,并且具有較好的穩(wěn)定性,復(fù)合物的催化性能比純釕顆粒的效果好。(2)以同樣的方法合成了銠納米顆粒修飾的硅納米線復(fù)合物,將其應(yīng)用于電化學(xué)析氫測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,其具有優(yōu)異的析氫性能,與鉑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的商業(yè)鉑碳材料對(duì)比,銠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29.1%的銠納米顆粒修飾的硅納米線復(fù)合物具有更低的Tafel斜率(24 mV/dec)和在高過電位區(qū)間具有大的電流密度,時(shí)間電流曲線測(cè)試結(jié)果表明其具有良好的穩(wěn)定性。與此認(rèn)為,復(fù)合物具有協(xié)同作用,即存在吸收位點(diǎn)和脫附位點(diǎn),加速析氫反應(yīng)的速率。并用密度泛函理論模擬計(jì)算證實(shí)我們的復(fù)合物分兩個(gè)獨(dú)立的表面和不同吸附能量位點(diǎn)的催化劑,計(jì)算結(jié)果還表明硅吸附羥基會(huì)中毒,隨后羥基由硅表面位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到銠表面位點(diǎn),實(shí)現(xiàn)脫附產(chǎn)生氫氣,從而穩(wěn)定了銠納米顆粒修飾的硅納米線復(fù)合物催化劑的性能。(3)鉑是一種貴金屬,化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定,在空氣中不易被氧化,并具有良好的催化效果。其中,鉑在異構(gòu)化、環(huán)化、氫化、脫氫、脫水、氧化、裂解等化學(xué)反應(yīng)中均可作催化劑。用同樣的方法合成出鉑納米顆粒修飾的硅納米線復(fù)合物,并將其應(yīng)用于電化學(xué)析氫測(cè)試,研究其電化學(xué)析氫性能。通過X射線粉末衍射儀表征,鉑納米顆粒修飾的硅納米線復(fù)合物樣品的XRD圖譜出現(xiàn)的衍射峰,分別很好地對(duì)應(yīng)上Pt的(111),(200),(220),(311)和(222)晶面和Si的(111),(311)晶面。從掃描電鏡圖可以清楚地觀察到鉑納米顆粒均勻地長(zhǎng)在硅納米線上。鉑納米顆粒修飾的硅納米線復(fù)合物析氫起始電位接近于0 V,Tafel斜率為26 mV/dec,經(jīng)過1000圈的循環(huán)伏安穩(wěn)定性測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,其在酸性介質(zhì)中穩(wěn)定性比較好。
【關(guān)鍵詞】：貴金屬 納米顆粒 硅納米線 析氫反應(yīng) 催化
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O646;TQ116.2
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-34
• 1.1 引言11-12
• 1.2 析氫反應(yīng)12-16
• 1.2.1 析氫反應(yīng)的定義12
• 1.2.2 析氫反應(yīng)的機(jī)理12-15
• 1.2.3 加氫處理15-16
• 1.2.4 析氫反應(yīng)和加氫處理的關(guān)系16
• 1.3 析氫反應(yīng)催化劑的研究進(jìn)展16-24
• 1.3.1 過渡態(tài)金屬氧化物16-19
• 1.3.2 納米尺寸材料19-22
• 1.3.3 納米金屬材料22-24
• 1.4 本論文立題依據(jù)及研究?jī)?nèi)容24-25
• 1.4.1 立題依據(jù)24-25
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容25
• 參考文獻(xiàn)25-34
• 第二章 用釕修飾硅納米線作為析氫反應(yīng)的電催化劑34-51
• 2.1 引言34-36
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分36-39
• 2.2.1 試劑和儀器36
• 2.2.2 合成硅納米線和釕納米顆粒修飾硅納米線的復(fù)合物36-37
• 2.2.3 釕含量的半定量計(jì)算方法37-38
• 2.2.4 電化學(xué)測(cè)試38
• 2.2.5 析氫反應(yīng)理論依據(jù)及計(jì)算38-39
• 2.3 結(jié)果與討論39-46
• 2.3.1 釕修飾硅納米線的復(fù)合物的結(jié)構(gòu)表征39-42
• 2.3.2 釕修飾硅納米線的復(fù)合物的電化學(xué)測(cè)試42-46
• 2.4 本章小結(jié)46-47
• 參考文獻(xiàn)47-51
• 第三章 新穎設(shè)計(jì)概念的硅銠納米復(fù)合材料電化學(xué)性能優(yōu)于鉑基材料51-71
• 3.1 引言51-52
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分52-54
• 3.2.1 試劑和儀器52-53
• 3.2.2 合成銠納米顆粒修飾硅納米線的復(fù)合物53
• 3.2.3 電化學(xué)測(cè)試53
• 3.2.4 模擬計(jì)算53-54
• 3.3 結(jié)果與討論54-67
• 3.3.1 銠修飾硅納米線的復(fù)合物結(jié)構(gòu)表征54-56
• 3.3.2 銠修飾硅納米線的復(fù)合物電化學(xué)測(cè)試56-61
• 3.3.3 協(xié)同析氫反應(yīng)61-66
• 3.3.4 Rh/SiNW復(fù)合物催化劑在析氫反應(yīng)中假設(shè)推導(dǎo)的機(jī)理66-67
• 3.4 本章小結(jié)67-68
• 參考文獻(xiàn)68-71
• 第四章 用鉑修飾硅納米線作為析氫反應(yīng)的電催化劑71-86
• 4.1 引言71-72
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分72-73
• 4.2.1 試劑和儀器72
• 4.2.2 合成鉑納米顆粒修飾硅納米線的復(fù)合物72-73
• 4.2.3 電化學(xué)測(cè)試73
• 4.3 結(jié)果與討論73-81
• 4.3.1 鉑修飾硅納米線的表征73-75
• 4.3.2 鉑修飾硅納米線的電化學(xué)測(cè)試75-81
• 4.4 本章小結(jié)81
• 參考文獻(xiàn)81-86
• 第五章 結(jié)論與展望86-88
• 5.1 結(jié)論86-87
• 5.2 展望87-88
• 攻讀學(xué)位期間本人出版或公開發(fā)表的著作、論文88-89
• 致謝89-90

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