能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題一直是近些年來(lái)的關(guān)注熱點(diǎn),世界各國(guó)致力于新能源的開(kāi)發(fā)和利用。氫能因?yàn)槟芰棵芏雀?無(wú)污染,可再生等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是未來(lái)最有發(fā)展前景的能量載體。電解水制氫因?yàn)橹苽涞臍錃饧兌雀?技術(shù)相對(duì)比較成熟受到廣泛青睞,但是工業(yè)上電解水制氫電壓（1.8-2V）比理論上的電解水電壓（1.23V）高很多,造成了極大的能量損失,能量損失主要來(lái)源于陰陽(yáng)極催化劑的過(guò)電位。眾所周知,貴金屬Pt及其化合物是很好的析氫催化劑,但是其過(guò)高的成本限制了它的應(yīng)用,因此開(kāi)發(fā)高效,低成本,穩(wěn)定性好的非貴金屬析氫催化劑對(duì)于電解水制氫工業(yè)有很重要的意義。過(guò)渡金屬/金屬氧化物（金屬氫氧化物）異質(zhì)結(jié)催化劑有堪比Pt的催化活性,金屬有合適的氫吸附自由能,金屬氧化物（氫氧化物）可以促進(jìn)水的分解及中間產(chǎn)物的脫附,將二者結(jié)合可以獲得高效的電解水析氫催化劑。但是,目前對(duì)金屬/金屬氧化物（氫氧化物）異質(zhì)結(jié)催化劑的界面調(diào)控研究還很缺乏,而且金屬/氧化物（氫氧化物）催化劑在長(zhǎng)期測(cè)試中,氧化物會(huì)被還原為金屬,導(dǎo)致催化劑失活。本論文以制備出高效穩(wěn)定的基于非貴金屬的析氫催化劑為目的,以電沉積的鎳納米片為基礎(chǔ),通過(guò)三種不同的手段調(diào)控氧化物的分布... 

【文章來(lái)源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：100 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

電解水示意圖

圖 1-2 析氫反應(yīng)機(jī)理示意圖[21]Figure 1-2 Schematic diagram of the mechanism of hydrogen evolution reaction1.3 析氫催化劑的研究進(jìn)展大量的實(shí)驗(yàn)和研究結(jié)果表明，影響電解水陰極析氫材料催化活性的因素主要有兩個(gè)：幾何因素和能量因素[22]。幾何因素主要是指催化劑的表面形貌及比表面積。比表面積越大，催化活性位點(diǎn)越多，電解液和催化劑實(shí)際接觸面積越大，催化活性越好。因此研究者大多將催化劑負(fù)載到三維基體上或是通過(guò)改變制備方法及條件制備三維多孔形貌的催化劑來(lái)增加催化劑的比表面積。而能量因素，主要是指調(diào)控催化劑的金屬-H 鍵鍵能、表面缺陷、催化劑晶型。如若催化劑有一個(gè)合適的金屬氫鍵鍵能，則利于氫原子的吸附和脫附，催化活性好；表面缺陷可以作為催化活性位點(diǎn)，通過(guò)控制表面缺陷可以

很大程度地提高 Pt 的利用率。Cheng 等[26]，通過(guò) ALD（原子層沉積）技術(shù)，在氮摻雜的石墨烯上成功合成了 Pt 單原子簇催化劑，通過(guò)簡(jiǎn)單地控制 ALD 的循環(huán)次數(shù)來(lái)調(diào)節(jié) P顆粒的尺寸及密度。通過(guò) XAS 技術(shù)及密度泛函計(jì)算證明 Pt 原子確實(shí)呈單層分布，最大程度地提高了 Pt 的利用率。通過(guò)電化學(xué)測(cè)試，ALDPt/NGNs 催化劑表現(xiàn)出比商業(yè) Pt/C電極更優(yōu)異的活性及穩(wěn)定性。此外他們還證明，沉積的金屬和負(fù)載基體間相互作用的強(qiáng)弱對(duì)制備的催化劑的穩(wěn)定性有很大影響，如若相互作用弱，則沉積的金屬容易發(fā)生聚集，并導(dǎo)致顆粒長(zhǎng)大。許多研究還致力于將貴金屬 Pt 和催化活性好的過(guò)渡金屬及其化合物復(fù)合，這樣可以很大程度地減少 Pt 的用量，降低生產(chǎn)成本。Cao 等[27]，用 NaBH4還原法制備了 PtNiCu 納米鏈催化劑，鎳促進(jìn)了水的解離及中間體的產(chǎn)生；Cu 促進(jìn)了氫與中間體的解離，并有效增加了電子轉(zhuǎn)移速率；Pt 為氫原子提供位點(diǎn)并形成氫分子從表面脫附。銅鎳原子的協(xié)同作用極大地促進(jìn)了 Pt 活性位點(diǎn)的再生，不僅暴露了活性最好的（110）晶面，而且還暴露了高指數(shù)的晶面，提高了其 HER 活性。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]水電解制氫非貴金屬催化劑的研究進(jìn)展[J]. 常進(jìn)法,肖瑤,羅兆艷,葛君杰,劉長(zhǎng)鵬,邢巍.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2016(07)
[2]儲(chǔ)能用質(zhì)子交換膜電解池的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 程俊,葉芳,張偉,郭航,馬重芳.  化學(xué)與生物工程. 2015(01)

博士論文
[1]鋁合金表面鈦/鋯轉(zhuǎn)化膜的著色及性能優(yōu)化[D]. 易愛(ài)華.華南理工大學(xué) 2012
[2]電沉積Ni-S合金析氫陰極材料及析氫機(jī)理的研究[D]. 袁鐵錘.中南大學(xué) 2008

碩士論文
[1]高性能鎳基超級(jí)電容器電極材料的制備研究[D]. 王蘭.華南理工大學(xué) 2015
[2]堿性電解水析氫電極研究[D]. 徐超.湖南大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3096235