氫氣被稱為未來的理想燃料和能量載體。固體聚合物電解質水電解槽(Solid Polymer Electrolyte Water Electrolyzer,SPEWE)由于具有效率高、產品純度高、適應性強等優(yōu)點,不僅被認為是比傳統(tǒng)的堿性電解水技術更具有優(yōu)勢的制氫技術,而且也被認為是一個潛在的解決電力產能過剩問題的方案,可有效緩解“棄風棄電”難題。但是,它的廣泛應用受限于金屬銥的價格和用量。因此迫切需要減少銥的用量來使SPEWE技術得到大規(guī)模的工業(yè)應用。本文從降低催化劑的負載量、提高催化劑的析氧活性和穩(wěn)定性方面著手,引入載體,主要對TiO_2載體的制備及其在SPE水電解陽極催化劑方面的應用進行了研究。采用溶劑揮發(fā)自組裝法合成TiO_2載體,考察了去模板劑P123溫度和模板劑P123與鈦源摩爾比對TiO_2載體表面結構及其晶型的影響;同時也利用了亞當斯熔融法制備負載型催化劑,考察了V摻雜量和負載量對TiO_2載體表面結構及晶型的影響。采用XRD、BET、TEM、XPS等測試方法對催化劑的晶體結構、形貌和表面元素組成進行分析,利用電化學方法對催化劑的析氧活性進行測試,采用計時電流的方法對催化劑的穩(wěn)定性進行評價。實驗結果如下。(1)隨著去模板劑溫度的升高,TiO_2載體的比表面積減小,孔徑隨之增大。但是隨著P123與鈦源的摩爾比的增加,載體TiO_2的比表面積不斷增大,孔徑減小。當以去模板劑P123的溫度為350℃、模板劑P123與鈦源摩爾比為0.03制備出的TiO_2為載體,制備40wt%IrO_2負載量的催化劑,其析氧活性和穩(wěn)定性都優(yōu)于純IrO_2。TiO_2載體能夠提高IrO_2顆粒的分散度,形成連續(xù)的導電層,增大活性點數量,有效的利用IrO_2顆粒,提高催化劑的析氧活性。(2)V摻雜的負載型催化劑實驗結果表明,當V摻雜濃度為20at%時,有助于提高析氧反應中質子的傳導能力,加快活性位點的更新和減少IrO_2氧化覆蓋,從而提高V摻雜負載型催化劑的析氧活性。以Ti_(0.8)V_(0.2)O_2為載體,制備不同IrO_2負載量的V摻雜負載型催化劑,結果表明,當電極電勢為1.7V時,負載量為40wt%的負載型催化劑的電流密度大于純IrO_2,遠遠優(yōu)于純IrO_2的析氧活性,其穩(wěn)定性也優(yōu)于純IrO_2。
【學位單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O643.36;TQ116.2
【部分圖文】：

命不可或缺的無形貨幣。預計到 2030 年世界人口將達到約5 年能源消耗將增長 34％，近三分之一的能源消費預計增長將經濟快速增長的結果[1]。源需求的主要部分是通過傳統(tǒng)能源來長期實現(xiàn)的，傳統(tǒng)燃料展的核心能源。如圖 1-1 所示[2]，雖然煤炭減少了使用量并且十幾年內將會有所發(fā)展，但全球能源生產中石油和天然氣綜與過去二十年相似�；剂线^度依賴能源生產的趨勢威脅續(xù)性。化石燃料不僅分配不均，耗盡速度快，而且還破壞了衡。氣候變化和能源安全已成為本世紀最大的擔憂。目前大為，溫室氣體（greenhouse gases ，GHG）的過度排放是造成候變化現(xiàn)象的主要原因，因為目前的經濟發(fā)展是基于對能源量使用。根據國際能源署( International Energy Agency，IEA）排放量將從 2030 年 50％增加到 2050 年 80％[3-4]。而且中東不的巨大份額的存在帶來了風險，并引發(fā)了不同國家在能源供面的擔憂。

圖 1-2 生產氫氣所需能量的來源分布g.1-2 Primary energy distribution through the soufor the production of hydrogen[7]再生能源進行水電解生產，預計將在綠色能源明顯優(yōu)點是效率高，所產生的氫氣的純度很高池。此外，高純氧是水電解過程中有價值的副溫爐，電爐和玻璃熔化等）的利用率，可能會電解以外，還有幾種制氫的方法已經開發(fā)出來光電化學水分解[9-10]等。但是，水電解是唯一成的技術。十年里，不斷上漲的電價阻礙和/或推遲了水電再生能源的能源增長，如光伏和風力渦輪機等情況下，水電解制氫不僅可以可再生能源為動且也克服了可再生能源典型的間歇性。水電解

但是在實際水電解過程中，因為 HER 和 OER 涉及多電子轉移步驟，而且電子轉移步驟引起能量障礙的累積，從而使電解水具有緩慢的動力學和較大的反應電位，電能發(fā)生損耗，使得實際水電解的電壓遠大于 1.23V。根據工作溫度和所用電解質的類型不同，可以區(qū)分為三種不同類型的水電解電池[11]：堿性水電解（Alkaline water electrolysis）、固體氧化物水電解（Solid oxide water electrolysers，SOEC）和固體聚合物水電解（Solid polymer water electrolysis ，SPE）。如圖1-2 所示為這三種電解槽的反應機理。

【參考文獻】

相關期刊論文 前8條

1 王盼;郭建釗;王宇新;;新型析氧電催化劑IrO_2/ATO的高效制備及性能[J];化學工業(yè)與工程;2015年02期

2 杜升飛;余軍;吳青;;SPE水電解催化劑研究進展[J];電源技術;2014年09期

3 吝子東;白松;張曉輝;;水電解制氫技術發(fā)展前景[J];艦船防化;2014年02期

4 陳婷;王紹榮;;固體氧化物電解池電解水研究綜述[J];陶瓷學報;2014年01期

5 郝傳璞;呂洪;李冰;辛海峰;馬建新;;SPE電解陽極催化劑用介孔V摻雜TiO_2載體研究[J];太陽能學報;2013年08期

6 劉蕓;;綠色能源氫能及其電解水制氫技術進展[J];電源技術;2012年10期

7 林才順;;質子交換膜水電解技術研究現(xiàn)狀[J];濕法冶金;2010年02期

8 邵志剛,衣寶廉,俞紅梅;再生氫氧燃料電池[J];化學通報;2000年03期

本文編號：2831846