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(zhì)水電解槽(Solid Polymer Electrolyte Water Electrolyzer,SPEWE)由于具有效率高、產(chǎn)品純度高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),不僅被認(rèn)為是比傳統(tǒng)的堿性電解水技術(shù)更具有優(yōu)勢的制氫技術(shù),而且也被認(rèn)為是一個潛在的解決電力產(chǎn)能過剩問題的方案,可有效緩解“棄風(fēng)棄電”難題。但是,它的廣泛應(yīng)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(shù)得到大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。本文從降低催化劑的負(fù)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(yīng)用進(jìn)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(jié)構(gòu)及其晶型的影響;同時也利用了亞當(dāng)斯熔融法制備負(fù)載型催化劑,考察了V摻雜量和負(fù)載量對TiO_2載體表面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、形貌和表面元素組成進(jìn)行分析,利用電化學(xué)方法對催化劑的析氧活性進(jìn)行測試,采用計時電流的方法對催化劑的穩(wěn)定性進(jìn)行評價。實(shí)驗結(jié)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(dāng)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(fù)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(dǎo)電層,增大活性點(diǎn)數(shù)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(fù)載型催化劑實(shí)驗結(jié)果表明,當(dāng)V摻雜濃度為20at%時,有助于提高析氧反應(yīng)中質(zhì)子的傳導(dǎo)能力,加快活性位點(diǎn)的更新和減少IrO_2氧化覆蓋,從而提高V摻雜負(fù)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(fù)載量的V摻雜負(fù)載型催化劑,結(jié)果表明,當(dāng)電極電勢為1.7V時,負(fù)載量為40wt%的負(fù)載型催化劑的電流密度大于純IrO_2,遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于純IrO_2的析氧活性,其穩(wěn)定性也優(yōu)于純IrO_2。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(yù)計到 2030 年世界人口將達(dá)到約5 年能源消耗將增長 34％，近三分之一的能源消費(fèi)預(yù)計增長將經(jīng)濟(jì)快速增長的結(jié)果[1]。源需求的主要部分是通過傳統(tǒng)能源來長期實(shí)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(nèi)將會有所發(fā)展，但全球能源生產(chǎn)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(chǎn)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(jì)最大的擔(dān)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(jīng)濟(jì)發(fā)展是基于對能源量使用。根據(jù)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(fēng)險，并引發(fā)了不同國家在能源供面的擔(dān)憂。

圖 1-2 生產(chǎn)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(jìn)行水電解生產(chǎn)，預(yù)計將在綠色能源明顯優(yōu)點(diǎn)是效率高，所產(chǎn)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(jīng)開發(fā)出來光電化學(xué)水分解[9-10]等。但是，水電解是唯一成的技術(shù)。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(fēng)力渦輪機(jī)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(shí)際水電解過程中，因為 HER 和 OER 涉及多電子轉(zhuǎn)移步驟，而且電子轉(zhuǎn)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(xué)和較大的反應(yīng)電位，電能發(fā)生損耗，使得實(shí)際水電解的電壓遠(yuǎn)大于 1.23V。根據(jù)工作溫度和所用電解質(zhì)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(yīng)機(jī)理。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

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本文編號：2831846