【摘要】：能源緊缺和環(huán)境問(wèn)題是當(dāng)今全球面臨的兩大重大難題,開(kāi)發(fā)和利用綠色可再生的新能源是緩解這些問(wèn)題的有效途徑。在諸多綠色清潔能源中,氫能由于其獨(dú)特的優(yōu)異性能,被人們視為最理想的用來(lái)替代傳統(tǒng)化石能源的可持續(xù)綠色新能源。通過(guò)電解水技術(shù)可以獲得高純度的氫氣,并且相比于其他制氫方法來(lái)說(shuō)更加簡(jiǎn)易,反應(yīng)不需要高溫高壓的條件。在大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)中,一般多采用KOH作為電解液。堿性介質(zhì)中,電解水包含兩個(gè)半反應(yīng),在陰極發(fā)生的水的還原反應(yīng)(HER)以及在陽(yáng)極發(fā)生的水的氧化反應(yīng)(OER)。其中陽(yáng)極析氧反應(yīng)動(dòng)力遲緩需要較大的過(guò)電勢(shì),而催化劑的使用可以極大地加快電極反應(yīng)速率和效率,減小過(guò)電勢(shì),節(jié)約能耗。在商用的電解水技術(shù)當(dāng)中,通常選用催化性能優(yōu)異的IrO2和RuO2作為陽(yáng)極材料,但是這些貴金屬在地殼儲(chǔ)量匱乏且價(jià)格高,且在工業(yè)上大規(guī)模使用受到限制,所以研制可替代貴金屬的催化劑成為攻克電催化裂解水技術(shù)難題的關(guān)鍵因素。本論文以水滑石及插層的類(lèi)水滑石材料為前驅(qū)體,采用磷化或者焙燒等手段,制備出不同結(jié)構(gòu)的碳包覆的過(guò)渡金屬磷化物(CoP/CoP2@NPCNTs和(FeCo)2P@C),并將其用作析氧反應(yīng)的催化劑。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)CoP/CoP_2@NPCNTs復(fù)合物的制備及其析氧性能研究:以CoAl-LDH為前驅(qū)體,將其與三聚氰胺的混合物在Ar氣氛中焙燒得到Co@NCNTs復(fù)合物,再與次磷酸鈉混合經(jīng)焙燒處理,得到CoP/CoP2@NPCNTs復(fù)合物催化劑材料。電化學(xué)測(cè)試表明CoP/CoP2@NPCNTs在10 mAcm-2電流密度下所需的過(guò)電勢(shì)僅為300 mV,表現(xiàn)出對(duì)OER有良好的催化活性。同時(shí)在恒定的電流密度下測(cè)試了該材料的穩(wěn)定性能,發(fā)現(xiàn)其具有超長(zhǎng)的穩(wěn)定性,優(yōu)于已報(bào)道的大部分催化劑。利用密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明該復(fù)合物優(yōu)異的催化性能歸因于CoP與CoP2雙活性組分的協(xié)同作用。(2)(FeCo)_2P@C復(fù)合物的制備及其析氧性能研究:以表面活性劑SDP插層FeCo(OH)2為單源前驅(qū)體,經(jīng)焙燒后得到了海膽狀的(FeCo)2P@C復(fù)合物。該制備方法的優(yōu)點(diǎn)在于SDP作為插層物質(zhì)時(shí)可以同時(shí)作為碳源與磷源,既避免使用有機(jī)磷源等有毒試劑,又能通過(guò)一步法引入碳,提高催化劑的導(dǎo)電性。通過(guò)對(duì)其析氧性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)(FeCo)2P@C復(fù)合物較單獨(dú)的Co2P@C在活性方面有顯著的提升。此外,利用氫氧化物類(lèi)水滑石層板陽(yáng)離子具有可調(diào)變性的特點(diǎn),通過(guò)調(diào)變?cè)氐姆N類(lèi),設(shè)計(jì)制備出(NiCo)2P@C,實(shí)現(xiàn)了 OER催化性能的進(jìn)一步提升。該制備方法簡(jiǎn)單、環(huán)保、高效,同時(shí)也為制備碳包覆的納米材料提供了一個(gè)新的思路,且該方法能夠拓展到其他磷化物的制備,具有普適性。
【圖文】：

１．２．１邋ＯＥＲ邋概述逡逑電解水制氫是目前制氫工藝?yán)镒罹G色的一種，該方法主要通過(guò)外加電能直接將水逡逑分子電解為氧氣分子和氫氣分子。然而該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，需要較高的能量［３］。圖１－１逡逑為典型的電解水裝置示意圖，其中包括陰極和陽(yáng)極兩個(gè)電極，電解液，以及外加電源。逡逑１逡逑

高溫固相反應(yīng)的最大優(yōu)勢(shì)在于其能最大限度的保留前體的形貌，例如Ｌｉ課題組以逡逑ＺＩＦ－８為前驅(qū)體，，通過(guò)多次焙燒及低溫磷化后得到碳納米管包覆的ＣｏＰ納米顆粒，從逡逑圖１－３可以看出，在經(jīng)過(guò)三次焙燒后ＺＩＦ的形貌仍能保持［３＇逡逑６逡逑
【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(lèi)號(hào)】：TQ426;TQ116.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2674971