【摘要】：為了滿足現(xiàn)代社會的能源需求,目前仍在努力尋求可持續(xù)、清潔和高效的能源。而氫能由于來源廣泛、燃燒熱值高、清潔無污染、利用形式多、儲能方便和安全性能好等優(yōu)點脫穎而出,是能源領(lǐng)域的未來之星,更是被業(yè)界專家稱為“終極能源”。電解水制氫實現(xiàn)了電能和化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)換,且在釋放能量時沒有伴隨著污染性物質(zhì)的產(chǎn)生,因此被科學(xué)家認(rèn)為是獲取氫氣的最佳可行方案之一。而水氧化在動力學(xué)上非常緩慢,涉及復(fù)雜的四質(zhì)子和四電子轉(zhuǎn)移過程,至今為止仍然是電解水制氫的瓶頸。早期很多研究著力于開發(fā)釕和銥氧化物作為水氧化催化劑,但貴金屬的高成本、稀缺性限制了其大規(guī)模應(yīng)用。目前,很多研究著力開發(fā)各種成本低廉、高效穩(wěn)定的非貴金屬催化劑。本論文總結(jié)了電催化水氧化的研究進展和多種催化劑材料在水氧化領(lǐng)域的應(yīng)用,圍繞設(shè)計、合成了多種鈷基非貴金屬催化材料,并且針對它們的結(jié)構(gòu)、組成及在電催化水氧化方面的催化性能進行了一系列的研究,主要研究內(nèi)容如下:1.通過簡單的攪拌方法成功合成了一類Co-MOF配合物,再以Co-MOF為犧牲模板煅燒成功合成了Co_3O_4納米材料。發(fā)現(xiàn)在350℃下獲得的Co_3O_4納米催化劑催化活性最好,達(dá)到10mA/cm~2的過電勢為420mV,Tafel斜率為55 mV/dec。2.通過簡易的一鍋水熱法合成一種新型的Co_3O_4/Co(OH)_2雜化材料,表現(xiàn)出強烈的相互作用效應(yīng),作為一種高效的電催化水氧化催化劑。達(dá)到10mA/cm~2需要373mV的過電勢,Tafel斜率為103mV/dec。3.采用水熱法和煅燒法合成了ACo_2O_4/NF(A=Mn,Zn,Ni)復(fù)合物直接作為電極材料。本章引入泡沫鎳制成自支撐電極,研究了摻雜不同金屬離子對催化劑水氧化性能的影響。我們獲得了這樣一個OER性能順序:NiCo_2O_4/NFMnCo_2O_4/NFZnCo_2O_4/NF,其中NiCo_2O_4/NF在1 M KOH溶液中,達(dá)到10 mA/cm~2時表現(xiàn)出很小的過電勢271 mV。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;TQ116.2
【圖文】：

7正（a）和校正（b）電化學(xué)活性表面積（ECSA）時，Co3O4的線性掃描曲線。 The uncorrected (a) and corrected (b) electrochemically active surface area (Elinear-sweep voltammetry (LSV) curves of Co3O4.氧化的氧化物催化劑種類氧化物，RuO2和 IrO2金屬氧化物都是金紅石結(jié)構(gòu)，其中 Ru 和 Ir 位于八面體中心位置面體通過共用角相互連接，一類典型的 RuO2 的結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所通常被認(rèn)為是 OER 的基準(zhǔn)電催化劑，因為它們在酸性和堿性溶液

中北大學(xué)學(xué)位論文具有較高的電催化活性[36-37]。然而，如圖 1.2（b）所示，RuO2和 IrO2的 OER 性能在很大程度上受樣品制備方法的影響。例如，IrO2薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的 OER 活性，在 = 0.275V下可以達(dá)到 0.1 JgeomA cm-2，而 RuO2納米顆粒在相同的過電勢下只顯示 0.01 JgeomAcm-2。Cherevko 等[38]已經(jīng)證明，RuO2在陽極高電位下是不穩(wěn)定的，在 OER 過程中 RuO會變質(zhì)（溶解），而 IrO2比 IrO2更穩(wěn)定。同時 RuO2和 IrO2的分解機理被提出，也就是說，在陽極條件下，（Ru4+)O2轉(zhuǎn)化成含水化合物 RuO2(OH)2和去除質(zhì)子化為高氧化態(tài)(Ru8+)O4，在電解質(zhì)中不穩(wěn)定，可以進一步溶解在溶液中（伴隨著顏色變化），從而導(dǎo)致 RuO2催化劑的劣化。IrO2的類似情況也已被指出，高氧化態(tài) (Ir6+)O3將在陽極高電位下形成，并將進一步溶解在電解質(zhì)中[39-40]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 莊樹新;呂建先;路密;劉翼民;陳曉彬;;鈣鈦礦型氧化物的制備及其在固體氧化物燃料電池和金屬-空氣電池中的應(yīng)用[J];化學(xué)進展;2015年04期

2 劉俊;雷躍榮;陳希明;董會寧;孫雷;;尖晶石結(jié)構(gòu)材料的最新研究進展[J];材料導(dǎo)報;2008年11期

本文編號：2742946