發(fā)布時(shí)間：2021-03-23 18:34

　　能源問題和環(huán)境問題一直是近些年來的關(guān)注熱點(diǎn),世界各國致力于新能源的開發(fā)和利用。氫能因?yàn)槟芰棵芏雀?無污染,可再生等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是未來最有發(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,能量損失主要來源于陰陽極催化劑的過電位。眾所周知,貴金屬Pt及其化合物是很好的析氫催化劑,但是其過高的成本限制了它的應(yīng)用,因此開發(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）催化劑在長期測試中,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),通過三種不同的手段調(diào)控氧化物的分布... 

【文章來源】：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

【文章頁數(shù)】：100 頁

【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改變制備方法及條件制備三維多孔形貌的催化劑來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 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，通過簡單地控制 ALD 的循環(huán)次數(shù)來調(diào)節(jié) P顆粒的尺寸及密度。通過 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。通過電化學(xué)測試，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)致顆粒長大。許多研究還致力于將貴金屬 Pt 和催化活性好的過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