在眾多制氫反應(yīng)中,電解水析氫反應(yīng)（HER）被認(rèn)為是原位制備高純度氫氣的高效、便捷、綠色的有效方法之一。開發(fā)新型高性能的HER催化劑是該技術(shù)的核心要?jiǎng)?wù)。由于碳化鉬表面的特殊電子結(jié)構(gòu),被廣泛認(rèn)為是具潛力取代目前商業(yè)Pt/C的催化劑。但由于碳化鉬基催化劑的Mo-H鍵鍵能過強(qiáng)導(dǎo)致H難以脫附,使得其在HER反應(yīng)中碳化鉬本征性能仍然較低。因此,對碳化鉬基催化材料改性是提高其催化性能重要的環(huán)節(jié)。針對上述問題,本文從碳化鉬表面負(fù)載金屬改性、空穴-金屬雙調(diào)控Mo₂C表面電子結(jié)構(gòu)以及Mo₂C形貌可控合成三個(gè)方面入手提高碳化鉬基催化劑的HER性能,工作簡要如下:（1）負(fù)載金屬對碳化鉬的HER催化性能影響:采用有機(jī)-無機(jī)雜化法及原位高溫碳化法,合成制備出高分散的碳化鉬負(fù)載金屬M(fèi)（2%M/Mo C,M=Fe,Co,Ni,Cu,Ag,Pt）催化劑。表征結(jié)果顯示,催化劑樣品呈線狀結(jié)構(gòu),由粒徑為3-10 nm的Mo₂C納米顆粒組成。HER測試結(jié)果顯示,金屬負(fù)載樣品的過電位均小于β-Mo₂C,其中2%Pt/Mo C表現(xiàn)出最優(yōu)活性(η... 

【文章來源】：廣東工業(yè)大學(xué)廣東省

【文章頁數(shù)】：121 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

氫燃料電池示意圖

第一章緒論3溶液時(shí)，發(fā)現(xiàn)在兩極有氫氣(H2)和氧氣(O2)析出,這是人類史上第一次電解水的嘗試。時(shí)至今日，電解水制氫技術(shù)已工業(yè)化，例如蘇州競立制氫設(shè)備有限公司，考克利爾競立氫能科技有限公司已有規(guī)�；膲A性電解水制氫裝置。1.2電解水析氫反應(yīng)機(jī)理完整的水電解槽由電解液，離子交換膜，陽極催化層和陰極催化層四個(gè)部分組成。在實(shí)驗(yàn)過程中，為了加速水的陰極分解，陰極HER催化劑和陽極OER催化劑涂覆于陰極/陽極催化層。當(dāng)施加外加電壓于電極后，水分子會(huì)被電解成為氫氣/氧氣。電解槽原理如下圖1-2所示，反應(yīng)方程式見Eq.1-1到Eq.1-3。圖1-2水電解槽原理Figure1-2Schematicdiagramofwaterelectrolyze陰極：2H+(aq)+2e-→H2(g)(Eq.1-1)陽極：2H2O(l)→O2+4H+(aq)+4e-(Eq.1-2)總反應(yīng)：2H2O(l)→2H2+O2(Eq.1-3)

廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文6理論計(jì)算出常見材料ΔGH從而得到j(luò)0(交換電流密度值，A/cm2)的火山型曲線[34-37]。該曲線服從Sabatier原理，如果材料的ΔGH較大的同時(shí)又較負(fù)(例：金屬M(fèi)o,W,Nb等)，Hads與電極表面吸附太過牢固，Volmer步驟很容易發(fā)生，但是過多的Hads會(huì)阻塞活性位點(diǎn)，導(dǎo)致Heyrovsky和Tafel步驟不易發(fā)生，氫難以脫附；相反，如果ΔGH較大的同時(shí)又較正(例如：金屬Zn,Hg和Sn等)，會(huì)導(dǎo)致Hads與電極表面的催化劑吸附太弱，Volmer步驟發(fā)生緩慢，氫質(zhì)子難以吸附。圖1-4使用DFT計(jì)算不同材料ΔGH得到j(luò)0的火山型曲線[28]Figure1-4Volcanoplotofexperimentallymeasuredj0asafunctionoftheDFT-calculatedΔGHofadsorbedatomichydrogen[34]基于以上電化學(xué)原理分析可以推測，一種理想的氫析出催化劑須具備接近于0的ΔGH值，使得H的吸附與脫附速率均衡；適當(dāng)?shù)谋砻嫖锢硇再|(zhì)，例如比表面積，反應(yīng)活性位點(diǎn)等。


本文編號：3136636