過渡金屬磷化物的合成與磷空位的調(diào)控及其電催化分解水性能研究
發(fā)布時(shí)間：2021-01-23 07:42
由于人口和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng),化石燃料能源需求逐漸增加,然而,到本世紀(jì)中葉,大氣中CO2累積排放量要求達(dá)到人類活動(dòng)前大氣中CO2水平的兩倍,這就需要開發(fā)和部署無碳清潔能源生產(chǎn)計(jì)劃。氫氣是清潔能源,發(fā)熱值高,無毒無污染,而電化學(xué)水分解能夠有效的存儲(chǔ)氫氣,這種能量轉(zhuǎn)換技術(shù)已引起廣泛關(guān)注。但是,當(dāng)前的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)依賴于貴金屬或含貴金屬的電催化劑來驅(qū)動(dòng)其相關(guān)的氧化還原反應(yīng),由于貴金屬的高成本和稀缺性限制了它們的廣泛使用,所以需要設(shè)計(jì)開發(fā)廉價(jià)的,高效的非貴金屬電催化劑。過渡金屬磷化物因其出色的催化活性,高選擇性,低成本和多功能性而成為新興的電化學(xué)水分解催化劑。本論文通過磷化的方法合成了鈷鐵雙金屬磷化物,并用氬氣等離子技術(shù)處理鈷鐵雙金屬磷化物構(gòu)筑磷空位,為開發(fā)高活性金屬磷化物催化劑提供了一種新方法。主要研究?jī)?nèi)容如下:1、我們采用簡(jiǎn)單的磷化法合成了鈷鐵雙金屬磷化物。首先用水熱法合成鈷鐵層狀雙金屬氫氧化物作為前驅(qū)體,然后分別調(diào)控NaH2PO2的用量和退火溫度對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行磷化處理。對(duì)所有樣品進(jìn)行了形貌和結(jié)構(gòu)表征,及電化學(xué)OER...
【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：68 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
酸性介質(zhì)中金屬電極上HER的火山曲線
吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文4例如MOH和MO，而主要區(qū)別在于可能形成氧的反應(yīng)。如圖1.2所示，有兩種方法可以從MO中間體形成氧氣[11]，一種是綠色路線，是通過2MO的直接反應(yīng)生成O2（式（10和17）），另一種是黑色路線，形成MOOH中間體，該中間體隨后分解為O2（式（12和19））。盡管存在差異，但普遍共識(shí)是OER的電催化是一種非均相反應(yīng)，其中中間體（MOH，MO和MOOH）內(nèi)的鍵合相互作用（M-O）對(duì)于整體的電催化能力起到關(guān)鍵作用。圖1.2酸性（藍(lán)線）和堿性（紅線）條件的OER機(jī)理。1.2.3氧還原反應(yīng)氧還原反應(yīng)（ORR）對(duì)于許多領(lǐng)域都很重要，例如能量轉(zhuǎn)換（如燃料電池，金屬空氣電池，太陽能電池），腐蝕和生物學(xué)等[12,13]。ORR可以通過兩步兩電子過程[14]：在酸性介質(zhì)中O2+2H++2e-→H2O2（20）H2O2+2H++2e-→H2O（21）在堿性介質(zhì)中O2+H2O+2e-→HO2-+OH-（22）H2O+HO2-+2e-→3OH-（23）通過兩電子過程形成H2O2（在酸性介質(zhì)中）或HO2-（在堿性介質(zhì)中）作為中間物種，然后與質(zhì)子結(jié)合成水。
吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文6圖1.3全解水電解槽示意圖。1.2.5電催化劑材料概述1.2.5.1過渡金屬氧化物盡管二元過渡金屬氧化物普遍用作工業(yè)催化劑，但由于其導(dǎo)電性差，化學(xué)穩(wěn)定性低（尤其是在酸性條件下），通常不能用作電催化劑，但是一些過渡金屬氧化物電催化被證實(shí)能夠用于能量轉(zhuǎn)換[20]，在堿性介質(zhì)中具有良好的ORR活性。例如，在一定條件下，氧化錳（MnO2）納米結(jié)構(gòu)已被證明是有效的ORR電催化劑[21]；尖晶石相（AB2O4）Co-Mn-O納米顆粒已被證明是用于OER和ORR的雙功能電催化劑[22]；尖晶石相鈷酸鋰（LiCoO2）是一種高效的OER電催化劑，化學(xué)脫鋰的Li1-xCoO2具有ORR和OER活性[23]。1.2.5.2過渡金屬硫化物過渡金屬硫化物是研究最廣泛的無機(jī)電催化劑之一[24,25]。在最近用于能量轉(zhuǎn)換的許多層狀過渡金屬硫化物電催化劑中，二硫化鉬（MoS2）是最早出現(xiàn)的硫化物之一[26]，在2005年，[NiFe]-加氫酶系統(tǒng)中氫釋放的能量和固氮酶的FeMo
【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]Co-MOFs納米片及其衍生材料的電解水性能研究[D]. 張曉龍.安徽理工大學(xué) 2019
[2]鈷基過渡金屬氧化物和磷化物作為水氧化催化劑的研究[D]. 周希琛.蘭州大學(xué) 2018
本文編號(hào)：2994837
【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：68 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
酸性介質(zhì)中金屬電極上HER的火山曲線
吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文4例如MOH和MO，而主要區(qū)別在于可能形成氧的反應(yīng)。如圖1.2所示，有兩種方法可以從MO中間體形成氧氣[11]，一種是綠色路線，是通過2MO的直接反應(yīng)生成O2（式（10和17）），另一種是黑色路線，形成MOOH中間體，該中間體隨后分解為O2（式（12和19））。盡管存在差異，但普遍共識(shí)是OER的電催化是一種非均相反應(yīng)，其中中間體（MOH，MO和MOOH）內(nèi)的鍵合相互作用（M-O）對(duì)于整體的電催化能力起到關(guān)鍵作用。圖1.2酸性（藍(lán)線）和堿性（紅線）條件的OER機(jī)理。1.2.3氧還原反應(yīng)氧還原反應(yīng)（ORR）對(duì)于許多領(lǐng)域都很重要，例如能量轉(zhuǎn)換（如燃料電池，金屬空氣電池，太陽能電池），腐蝕和生物學(xué)等[12,13]。ORR可以通過兩步兩電子過程[14]：在酸性介質(zhì)中O2+2H++2e-→H2O2（20）H2O2+2H++2e-→H2O（21）在堿性介質(zhì)中O2+H2O+2e-→HO2-+OH-（22）H2O+HO2-+2e-→3OH-（23）通過兩電子過程形成H2O2（在酸性介質(zhì)中）或HO2-（在堿性介質(zhì)中）作為中間物種，然后與質(zhì)子結(jié)合成水。
吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文6圖1.3全解水電解槽示意圖。1.2.5電催化劑材料概述1.2.5.1過渡金屬氧化物盡管二元過渡金屬氧化物普遍用作工業(yè)催化劑，但由于其導(dǎo)電性差，化學(xué)穩(wěn)定性低（尤其是在酸性條件下），通常不能用作電催化劑，但是一些過渡金屬氧化物電催化被證實(shí)能夠用于能量轉(zhuǎn)換[20]，在堿性介質(zhì)中具有良好的ORR活性。例如，在一定條件下，氧化錳（MnO2）納米結(jié)構(gòu)已被證明是有效的ORR電催化劑[21]；尖晶石相（AB2O4）Co-Mn-O納米顆粒已被證明是用于OER和ORR的雙功能電催化劑[22]；尖晶石相鈷酸鋰（LiCoO2）是一種高效的OER電催化劑，化學(xué)脫鋰的Li1-xCoO2具有ORR和OER活性[23]。1.2.5.2過渡金屬硫化物過渡金屬硫化物是研究最廣泛的無機(jī)電催化劑之一[24,25]。在最近用于能量轉(zhuǎn)換的許多層狀過渡金屬硫化物電催化劑中，二硫化鉬（MoS2）是最早出現(xiàn)的硫化物之一[26]，在2005年，[NiFe]-加氫酶系統(tǒng)中氫釋放的能量和固氮酶的FeMo
【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]Co-MOFs納米片及其衍生材料的電解水性能研究[D]. 張曉龍.安徽理工大學(xué) 2019
[2]鈷基過渡金屬氧化物和磷化物作為水氧化催化劑的研究[D]. 周希琛.蘭州大學(xué) 2018
本文編號(hào)：2994837
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