發(fā)布時(shí)間：2020-03-19 14:27

【摘要】：水電解是一種電化學(xué)過(guò)程,通過(guò)電能作為驅(qū)動(dòng)力將水分解為氫氣與氧氣。過(guò)渡金屬催化劑在廉價(jià)易得的同時(shí)也具有較高的催化活性,優(yōu)越的穩(wěn)定性能,因此吸引了研究者的目光,是十分有前景的非鉑析氫催化劑。本論文中以碳布和泡沫鎳為基體,通過(guò)高溫固相法、溶劑熱法、直接生長(zhǎng)法、化學(xué)還原法制備了電解水析氫陰極材料,分別使用SEM,TEM,XRD,XPS等物理表征手段以及循環(huán)伏安(CV),線性掃描(LSV),計(jì)時(shí)電流(CA),交流阻抗(EIS)等電化學(xué)測(cè)試方法研究了制備電極的物理結(jié)構(gòu)以及催化析氫性能。經(jīng)過(guò)高溫固相法用七鉬酸銨和核桃殼粉制備了Mo_2C催化劑。用5%的萘酚溶液作為粘結(jié)劑,將一定量的Mo_2C和用萘酚溶液、無(wú)水酒精和去離子水按一定比例配置的混合溶液通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械攪拌混合均勻,涂覆在碳布表面制備了電解水制氫(HER)陰極電極Mo_2C/CC。電化學(xué)測(cè)試表明,空白的碳布基本沒(méi)有析氫性能。而Mo_2C/CC則展示了優(yōu)良的HER性能,獲得10 mA·cm~(-2)的電流只需要140 mV的過(guò)電勢(shì),相應(yīng)的塔菲爾斜率為63 mV·dec~(-1),大量循環(huán)測(cè)試過(guò)后,性能衰減維持在10%以內(nèi)并且在經(jīng)歷10小時(shí)測(cè)試后的E-t、i-t性能曲線幾乎沒(méi)有變化,這表明電極的穩(wěn)定性優(yōu)良。以泡沫鎳為基體,通過(guò)90℃低溫直接生長(zhǎng)、350℃下焙燒最后在0.1 mol·dm~(-3) NaBH_4溶液中還原制備而成的Ni-Co-NiCo_2O_4/NF電極具有3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),生長(zhǎng)在泡沫鎳上的Ni-Co-NiCo_2O_4納米片邊緣圍繞著一層金屬鎳鈷的納米顆粒,是一種典型的核殼結(jié)構(gòu),這層金屬外殼的存在增強(qiáng)了電極的導(dǎo)電性能,緩解了氧化物的導(dǎo)電性能差的固有缺陷。電化學(xué)測(cè)試表明,空白的泡沫鎳在堿性環(huán)境中具有一定程度的析氫性能,生長(zhǎng)上具有核殼結(jié)構(gòu)的Ni-Co-NiCo_2O_4納米片后性能得到了很大的提升,當(dāng)電流達(dá)到10 mA·cm~(-2)時(shí)需要的過(guò)電勢(shì)約為125 mV,斜率為77 mV·dec~(-1)。長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性測(cè)試之后,性能衰減維持在10%左右,這表明該電極具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性能。泡沫鎳負(fù)載的CoMoO_4/NF陰極電極是通過(guò)溶劑熱法和高溫焙燒制備而成。CoMoO_4/NF電極具有三維(3D)立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),在堿性環(huán)境中展現(xiàn)了優(yōu)異的HER性能,電流達(dá)到10 mA·cm~(-2)和20 mA·cm~(-2)時(shí)過(guò)電勢(shì)分別只有68 mV和97 mV,斜率為80mV·dec~(-1)。循環(huán)1000圈和3000圈后的性能衰減維持在10%左右,經(jīng)歷10小時(shí)的E-t、i-t曲線性能幾乎沒(méi)有衰減,CoMoO_4/NF電極展示出了優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性能。
【圖文】：

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文，且地球儲(chǔ)量豐富，價(jià)格適中。因而過(guò)渡金屬的各種化合物成為了替代貴金屬首選。一般來(lái)說(shuō)，好的 HER 電催化劑應(yīng)該既沒(méi)有太弱也沒(méi)有太強(qiáng)的氫吸附自由能。致質(zhì)子與電催化劑結(jié)合困難。相反，強(qiáng)吸附的 MH 將很難從催化表面解吸。劑表面上的活性部位總是被占據(jù)，從而使催化劑中毒。標(biāo)準(zhǔn)氫電極電勢(shì)定義味著良好的 HER 電催化劑的氫鍵吉布斯自由能也應(yīng)接近于零。氫吸附的吉布總是通過(guò) DFT 計(jì)算獲得。繪制交換電流密度與氫氣吸附的吉布斯自由能可以atier 火山。更接近火山頂峰的電催化劑表現(xiàn)出更好的 HER 活性。

3.2 Mo2C/CC 電極的制備按照第二章實(shí)驗(yàn)部分 2.2.1 所述，，分別制備七鉬酸銨與核桃殼粉質(zhì)量比為 1:1、1:2、2:1、1:5(質(zhì)量分別為 0.5 g:0.5 g、0.5 g:1 g、1 g:0.5 g、0.5 g:2.5 g)四組前驅(qū)體。首先將質(zhì)量比為 1:2 的樣品放置在高溫管式爐中在四個(gè)不同溫度：973 K、1073 K，1123 K、1173K 下焙燒 (升溫速率 5℃/min)，恒溫 4 個(gè)小時(shí)，自然冷卻至室溫。得到最合適的焙燒溫度 1173 K，之后將另外三種不同比例的樣品在 1173 K 下焙燒。用蒸餾水和無(wú)水酒精各離心三次，鼓風(fēng)干燥箱中 60℃下干燥 6 小時(shí)，得到灰黑色粉末。用 5%的萘酚溶液作為粘結(jié)劑，將 2 mg 的 Mo2C 和用萘酚溶液、無(wú)水酒精和去離子水按 1:2:3 配置的混合溶液通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械攪拌混合均勻，涂覆在碳布表面制備了電解水制氫(HER)陰極電極 Mo2C/CC。3.3 材料表征3.3.1 XRD 表征圖 3.1 是不同溫度及不同比例下制備的 Mo2C 的 XRD 譜圖及其對(duì)應(yīng)的標(biāo)注卡片圖。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O646.54;TQ116.21

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 宋利君;孟惠民;吳佳莉;;電沉積非晶Ni-Fe-P涂層析氫催化性能研究[J];功能材料;2010年02期

2 羅北平;龔竹青;任碧野;楊余芳;陳夢(mèng)君;;高析氫催化活性和穩(wěn)定性的納米晶Ni-Fe-Mo-Co合金[J];功能材料;2006年06期

3 毛宗強(qiáng);氫能及其近期應(yīng)用前景[J];科技導(dǎo)報(bào);2005年02期

4 李遠(yuǎn)志,葉剛,周俊婷,潘家榮,李昕,楊昌英;碳化鉬和氮化鉬結(jié)構(gòu)、催化加氫性能及制備[J];三峽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年05期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 李艷;磷酸活化法核桃殼活性炭的結(jié)構(gòu)與性能研究[D];東南大學(xué);2015年

2 孫波;碳化鉬和氮化鉬納米材料的制備與表征[D];山東大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2590345