電解水制氫是未來清潔生產(chǎn)氫能的可能途徑。過渡金屬磷化物納米材料在電解水中作為陰極氫氣析出催化劑具有優(yōu)異的催化活性,而空心結(jié)構(gòu)的納米材料有望進(jìn)一步提升其催化活性。本論文圍繞空心鐵基磷化物納米材料的合成、表征及其氫氣析出電催化性能展開研究,具體內(nèi)容如下:第一部分選用氧化鐵納米顆粒作為空心磷化鐵納米材料的前驅(qū)體。通過選擇具有不同沸點的溶劑調(diào)控合成溫度制備出了不同粒徑大小且均一的氧化鐵納米顆粒,通過離子交換的方法制備空心磷化鐵納米材料。我們研究了磷化條件（即磷化溫度與磷化升溫速率）對空心磷化鐵納米材料形貌和相態(tài)的影響。經(jīng)過電化學(xué)測試之后,發(fā)現(xiàn)所得空心磷化物納米顆粒的活性與尺寸呈火山型關(guān)系,尺寸過小時空心結(jié)構(gòu)難以利用,尺寸過大時材料比表面積減小,均不利于析氫反應(yīng)的進(jìn)行。平均粒徑為9.1 nm,磷化溫度為350℃,磷化升溫速率為20℃/min的磷化升溫速率制備出的空心磷化鐵納米材料催化劑擁有很高的HER活性,其驅(qū)動10 mA/cm2的析氫電流密度所需的過電勢僅為125 mV。第二部分我們沿用之前的研究結(jié)果,以MFe204（M=Mn,Fe,Co,Cu）型反尖晶石型結(jié)構(gòu)的納米顆粒為中間體,僅以簡單的兩... 

【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)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２單極式電解槽示意圖??Ｆｉｇ．１－２?Ｓｉｎｇｌｅ?ｐｏｌｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｅｒ?ｐｒｏｃｅｓｓ??

?第一章緒論???在工業(yè)上，電解水的電壓通常為１．６５?Ｖ至２．２?Ｖ，電流密度為１０００?Ａ／ｍ２至２０００??Ａ／ｍ２。電解池構(gòu)成整個系統(tǒng)的核心，其結(jié)構(gòu)有兩種類型分為單極和雙極兩種。單極電??解池中并聯(lián)組成電極，如圖１?－２所示［１１］；而雙極電解池的電極是由串聯(lián)的方式組成的，??如圖１－３所示［川：??Ｈ：?ｊ０２?＾?Ｈ＾ｉ〇！?（１?ｈＪｏ，??ｉｆｌｌｌｉｌ??７?＼??陰極?ＰＨ極?橫頦祺??（Ｃａｔｈｏｄｅ）?（Ａｎｏｄｅ）?（Ｄｉａｐｈｒａｇｍ）?（Ｃｏｎｉａｍｅｒ）??圖１－３雙極式電解槽示意圖??Ｆｉｇ．１－３?Ｂｉｐｏｌａｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｅｒ?ｐｒｏｃｅｓｓ??當(dāng)前，大多數(shù)工業(yè)電解池是雙極電解池。電解池的電解效率也是我們需要去考慮??的一個指標(biāo)，通過調(diào)整施加到電解池電解的電壓和電流，就可以找到最佳電解效率的??外部電源條件。通過開發(fā)新的電極材料，補(bǔ)充材料和新的電解池結(jié)構(gòu)可以達(dá)到這種要??求。??當(dāng)然，還有質(zhì)子交換膜水電解池也是工業(yè)上常見的電解池，ＰＥＭ的結(jié)構(gòu)與ＰＥＭ??燃料電池基本相同，主要由還是由質(zhì)子交換膜組成的膜電極（ＭＥＡ）和由催化劑組成??的分布式多孔電極組成，這種結(jié)構(gòu)可以增加膜電極的預(yù)傳輸能力并擴(kuò)大反應(yīng)空間。然??后將該層連接到催化多孔層的催化層的兩端。膜電極的兩端具有用于水和氣體流動的??通道，即流場的流場板也用作集流的主軸。流場板是相互絕緣的板和起到輔助作用的??端板，如圖１－４所示［１２］：??Ｐｕｌｙｍｅｒ?ｍｔｍｂｎｕｍ??．丨”，：：．．＇．飛?ｊ?ｊ??〇２?＿?／｜＾＂酸?Ａ??＇?丨：ｔ?嗎！?，ｐ〇ｒｃｅ??Ａｎｏｄｅ?Ｕ?叫?１１＇＾?Ｃ

?第一章緒論???在工業(yè)上，電解水的電壓通常為１．６５?Ｖ至２．２?Ｖ，電流密度為１０００?Ａ／ｍ２至２０００??Ａ／ｍ２。電解池構(gòu)成整個系統(tǒng)的核心，其結(jié)構(gòu)有兩種類型分為單極和雙極兩種。單極電??解池中并聯(lián)組成電極，如圖１?－２所示［１１］；而雙極電解池的電極是由串聯(lián)的方式組成的，??如圖１－３所示［川：??Ｈ：?ｊ０２?＾?Ｈ＾ｉ〇！?（１?ｈＪｏ，??ｉｆｌｌｌｉｌ??７?＼??陰極?ＰＨ極?橫頦祺??（Ｃａｔｈｏｄｅ）?（Ａｎｏｄｅ）?（Ｄｉａｐｈｒａｇｍ）?（Ｃｏｎｉａｍｅｒ）??圖１－３雙極式電解槽示意圖??Ｆｉｇ．１－３?Ｂｉｐｏｌａｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｅｒ?ｐｒｏｃｅｓｓ??當(dāng)前，大多數(shù)工業(yè)電解池是雙極電解池。電解池的電解效率也是我們需要去考慮??的一個指標(biāo)，通過調(diào)整施加到電解池電解的電壓和電流，就可以找到最佳電解效率的??外部電源條件。通過開發(fā)新的電極材料，補(bǔ)充材料和新的電解池結(jié)構(gòu)可以達(dá)到這種要??求。??當(dāng)然，還有質(zhì)子交換膜水電解池也是工業(yè)上常見的電解池，ＰＥＭ的結(jié)構(gòu)與ＰＥＭ??燃料電池基本相同，主要由還是由質(zhì)子交換膜組成的膜電極（ＭＥＡ）和由催化劑組成??的分布式多孔電極組成，這種結(jié)構(gòu)可以增加膜電極的預(yù)傳輸能力并擴(kuò)大反應(yīng)空間。然??后將該層連接到催化多孔層的催化層的兩端。膜電極的兩端具有用于水和氣體流動的??通道，即流場的流場板也用作集流的主軸。流場板是相互絕緣的板和起到輔助作用的??端板，如圖１－４所示［１２］：??Ｐｕｌｙｍｅｒ?ｍｔｍｂｎｕｍ??．丨”，：：．．＇．飛?ｊ?ｊ??〇２?＿?／｜＾＂酸?Ａ??＇?丨：ｔ?嗎！?，ｐ〇ｒｃｅ??Ａｎｏｄｅ?Ｕ?叫?１１＇＾?Ｃ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]氫能促進(jìn)我國能源系統(tǒng)清潔低碳轉(zhuǎn)型的應(yīng)用及進(jìn)展[J]. 伊文婧,梁琦,裴慶冰.  環(huán)境保護(hù). 2018(02)
[2]中國氫能發(fā)展的思考[J]. 王賡,鄭津洋,蔣利軍,陳健,韓武林,陳霖新.  科技導(dǎo)報. 2017(22)
[3]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. 2016(07)
[4]燃料電池陰極氧還原電極材料研究進(jìn)展[J]. 藺潔.  化工技術(shù)與開發(fā). 2016(05)
[5]氫氣氧化/析出反應(yīng)電催化劑（英文）[J]. 盧思奇,莊仲濱.  Science China Materials. 2016(03)

博士論文
[1]質(zhì)子交換膜燃料電池Pt/C電催化劑和膜電極的研究[D]. 朱科.天津大學(xué) 2005

碩士論文
[1]過渡金屬氧化物空心結(jié)構(gòu)和磷化物核殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計及其高效儲能研究[D]. 楊嬌.重慶大學(xué) 2017



本文編號：3223970