水裂解制氧因其高效,低排放的特點被認為是未來最具潛力的新能源之一,但目前常用的貴金屬鉑系催化劑由于資源匱乏被限制了進一步應(yīng)用,開發(fā)高活性的非貴金屬催化劑具有重要的現(xiàn)實意義。此類催化電極上的核心反應(yīng)為陽極氧析出（OER）電極反應(yīng)。目前的析氧反應(yīng)通常需要在較大的過電位下才能進行,且現(xiàn)有的OER催化劑主要作用在強堿或酸性介質(zhì),對中性水溶液體系的研究甚少。目前非貴金屬OER催化劑多以鈷基磷酸鹽為核心,多在磷酸鹽緩沖溶液內(nèi)進行催化過程,對不同鈷基材料的性能優(yōu)劣及穩(wěn)定性的差距欠缺機理解釋,且對非緩沖溶液內(nèi)的電化學(xué)性能研究不足。針對這些挑戰(zhàn),本論文制備了鉆鐵層狀雙金屬氫氧化物材料,將其應(yīng)用于中性介質(zhì)下的氧析出催化過程,對催化劑的催化性能進行了研究。主要工作如下：1.以成核晶化隔離法制備得晶型良好,顆粒形貌均一,CO32-插層的鈷鐵水滑石（CoFe LDH）納米材料。將這種納米復(fù)合材料應(yīng)用于中性溶液的氧析出催化反應(yīng)中,并與相應(yīng)的尖晶石氧化物和單金屬氫氧化物做比較。產(chǎn)物相比于尖晶石或氫氧化物等納米材料比表面積更大,涂膜后表面粗糙度大,活性位點更突出,在中性磷酸鹽緩沖溶液內(nèi)催化OER反應(yīng)擁有低起始電位高電... 

【文章來源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１氮氣氣氣的剌備

無論是酸性或喊性乃至中性水溶液體系下的氧析出即ＯＥＲ反應(yīng)的反應(yīng)機制一般??被認為是一個涉及四電子轉(zhuǎn)移的過程，但其整體推進的反應(yīng)機制目前尚有不清楚的部??分，針對其中間過程己有許多推斷假說被提出Ｗ解決ＯＥＲ催化劑的開發(fā)問題，圖１－３??所描述的就是Ｐｔ貴金屬傕化劑在水溶液體系下強酸或強堿電解液內(nèi)的兩種惟化ＯＥＲ??機理示意圖。相比與氨析出電位，氧析出電化學(xué)反應(yīng)的電位更高更難レ：ｉｌ達到。??為了對ＯＥＲ反應(yīng)的催化全過程動態(tài)及催化活性物質(zhì)的作用機理有一個更深刻??的理解，有人對反應(yīng)全過程中的塔菲爾斜率（６）、析氧電流密度（ｙ〇）?Ｗ及反應(yīng)中間??體的化學(xué)結(jié)合能吉布斯自由能改變變量（ＡＧ）等一系列涉及化學(xué)熱力學(xué)及化學(xué)動力??學(xué)的實驗參數(shù)進行觀察記錄和理論推導(dǎo)１１１１。??０Ｈ２?０Ｈ??如ｔ二二皆蘭如ｔ、?ｐＨ。??＇Ｉ、?＇?Ｉ、??ＯＨ??？？?ｐ＊?－?＋０Ｈ－，?－ｅ三？？?Ｉ－?＊??＇Ｉ、、?＇?Ｉ、??ＯＨ?〇?ＰＨ１４??＇Ｉ、－?Ｈ２０?＇?ｉ、??圖１－３強酸強城性水體系中ＯＥＲ過程。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｔｈｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ＯＥＲ?ｉｎ?ａｃｉｄ?ｏｒ?ａｌｋａｌｉｎｅ?ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．??根據(jù)化學(xué)鍵能理論計算的結(jié)果，反應(yīng)產(chǎn)物中間體的含氧雙鍵基和徑基之間的結(jié)合??能能級差（ＡＧＳｏｏ．?－?ＡＧ若．）被用來當作析氧催化難易承擔(dān)的重要標巧，設(shè)計評價對??應(yīng)的催化劑活性時亦是重要的指標，不同的活性物質(zhì)材料做催化劑時都對應(yīng)了不同的??＂蘭角錐型＂曲線特性。該曲線符合賽比特定律：當惟化劑材料與水溶液接觸面的活??性位點與氧中間體的結(jié)合能強度太弱時

并測試其電化學(xué)性能［Ｍｌ。通過溶劑熱處理法在乙醇溶液中將產(chǎn)物修飾在ＦＴＯ表??面，薄片層狀的Ｃｏ（ＯＨ）２六方片為中屯、，在其表面沉積了密集花環(huán)狀的Ａｕ納米簇，??形成了一種類海膽結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料，如圖１－８所示。測試結(jié)果表面產(chǎn)物相比于一??般氧化物，氨氧化物Ｗ及ＣｏＰｉ類材料在中性ＯＥＲ催化方面擁有明顯的優(yōu)勢，擁有低??氧析出起始電位和高電流密度的優(yōu)勢，是一種極具潛力的中性ＯＥＲ電催化劑。這種??髙效催化活性一方面來自于Ｃｏ（ＯＨ）２本身的大比表面積，與溶液接觸面大，另一方面??也歸功于Ａｕ元素降低了?Ｃｏ元素價態(tài)轉(zhuǎn)化時的電子能，而并非Ａｕ本身的ＯＥＲ催化??作用。另一方面，Ａｕ元素的添加可Ｗ顯著降低復(fù)合材料整體的電負性，從而加強了??物質(zhì)的堿性。??圓圓??ｍｍ??圖１－８花環(huán)狀Ａｕ￣Ｃｏ（ＯＨ）２納米簇ＳＥＭ表征ＩＭＩ。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－８?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｗｒｅａｔｈ－ｓｈａｐｅｄ?Ａｕ￣Ｃｏ（ＯＨ）２?ｍｉｃｒｏｃｌｕｓ化巧。４｜．??繼Ｃｏ（ＯＨ）２這種單金屬氨氧化物后，對水滑石類材料這種雙金屬氨氧化物在中性??ＯＥＲ催化方向的開發(fā)也受到了廣泛關(guān)注，有工作者開始將水滑石作為中性ＯＥＲ電催??化劑使用


本文編號：2935864