近幾年,隨著大量化石燃料的快速消耗,全球氣候變化和能源危機(jī)成為必須面對的問題。因此,有必要尋找一種可持續(xù)、高效清潔的能源來替代化石燃料。目前,氫能源被視為一種較有前景的選擇,并且可由水的電解得到,因其制取方法簡易而受到青睞。電化學(xué)分解水可分為兩個半反應(yīng):陰極上的析氫反應(yīng)（HER）和陽極上的析氧反應(yīng)（OER）。然而,OER和HER通常需要較大的電位來驅(qū)動電化學(xué)水分解,導(dǎo)致電分解水成本高、效率低。貴金屬催化劑雖然能提高電解水的效率,但因價格昂貴以至于不能被大規(guī)模使用。因此,找到能用于HER和OER的廉價且高效的非貴金屬電催化劑,對于提高能源利用效率具有重要意義。目前,在第一過渡族金屬中,第八族的鎳基和鈷基催化劑因低成本和在堿性溶液中高性能等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。本論文在鎳基和鈷基的基礎(chǔ)上引入其他非貴金屬,旨在進(jìn)一步提高其分解水的能力。具體研究如下:1.用溶劑熱法合成了不同鉬摻雜量的1,3,5-均苯三甲酸鎳基MOF（Mox-Ni-BTC）,然后通過微波硫化得到Mox-NiS2。利用掃描電子顯微鏡（SEM）、X-射線衍射（XRD）、X-射線光電子能譜（XPS）等測試手段對其形貌、組成和物相進(jìn)行分析... 

【文章來源】：西華師范大學(xué)四川省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

利用和生產(chǎn)氫能的循環(huán)方式

第1章緒論2人的研究可知[7]，水的電解可分為兩部分：陰極上的析氫反應(yīng)（HER）和陽極上的析氧反應(yīng)（OER），其中HER（2H2O+2e-=H2+2OH-）只涉及二電子轉(zhuǎn)移，而OER（2H2O=O2+4e-+4H+）涉及四電子轉(zhuǎn)移且動力學(xué)遲緩（（高過電勢（η），ηa>ηc，圖1-2）），因此OER成為電分解水制氫的瓶頸[8]。貴金屬催化劑能提高電解水的效率[9]，但其價格昂貴成本高以至于不能被大規(guī)模應(yīng)用。因此，找到能用于HER和OER的廉價且高效的非貴金屬電催化劑意義重大。圖1-2左邊（HER）和右邊（OER）的極化曲線。ηc和ηa分別是陰極和陽極在相同電流密度下的過電位。Figure1-2ThepolarizationcurvesofHER(left)andOER(right).ηcandηaareoverpotentialsofthecathodeandanodeatthesamecurrentdensity,respectively.電解水一般在電解槽中通過直流電進(jìn)行。為了在電解過程中增加水的導(dǎo)電性，通常需要加入一定量的電解質(zhì)（通常用酸或堿）來增加其導(dǎo)電能力，但由于酸液對電解槽有一定的腐蝕作用，故在工業(yè)中一般采用在堿性溶液（如KOH）中電解水來制氫氣和氧氣。兩極的反應(yīng)式如下：堿性電解質(zhì)溶液中：陰極反應(yīng)：2H2O+2e-→H2+2OH-陽極反應(yīng)：4OH-→O2+2H2O+4e-總反應(yīng)式：2H2O→2H2+O2酸性電解質(zhì)溶液中：陰極反應(yīng)：2H++2e-→H2陽極反應(yīng)：2H2O→O2+4H++4e-總反應(yīng)式：2H2O→2H2+O2電化學(xué)分解水在熱力學(xué)理論上的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢為1.23V[10]，但受電解質(zhì)溶液、金屬導(dǎo)體導(dǎo)電性、表面氣泡和接觸電阻等因素影響，使電分解水實(shí)際電壓高于理論值（1.23V），這些多施加的電壓叫超電勢（過電勢）[11]。造成這一現(xiàn)象更主要

第1章緒論3的原因在于陽極和陰極反應(yīng)涉及多電子轉(zhuǎn)移，造成了反應(yīng)動力學(xué)能磊的增加。綜上，因?yàn)殡娔軗p耗基本集中在析氧過電位和析氫過電位，因此提高堿性溶液的電解效率的關(guān)鍵在于降低析氧過電位以及析氫過電位[12]。同時在實(shí)際電解水制備氧過程中，析氧過電位要比析氫過電位大得多，因此討論如何高效降低析氧電位對于提高堿性電解水的效率有重要的意義[13]。目前降低析氧過電位的大部分重要思路是：控制溫度；研制新型析氧陽極材料，或者是提高現(xiàn)有析氧陽極材料的電催化性能，降低陽極過電位[14]。圖1-3電化學(xué)分解水示意圖Figure1-3Schematicillustrationofelectrochemicalwatersplitting1.1.2電化學(xué)測試1.1.2.1電化學(xué)測試條件電化學(xué)工作站（Electrochemicalworkstation）是在電化學(xué)研究和教學(xué)中常用的測量設(shè)備。在電分解水的研究中，常采用三電極體系進(jìn)行相關(guān)測試，如圖1-4所示，為電化學(xué)工作臺示意圖。通常，把催化劑負(fù)載在玻碳或?qū)щ姴ＡВㄈ鏔TO）上作為工作電極，需要注意的是，為了保證試驗(yàn)的重現(xiàn)性，需要對工作電極進(jìn)行預(yù)處理。比如催化劑材料為粉末時，要利用三氧化二鋁粉末對玻碳電極進(jìn)行打磨，之后用蒸餾水沖洗干凈待自然晾干后還需要在自檢液中進(jìn)行自檢，檢驗(yàn)結(jié)果合格方可用催化劑進(jìn)行修飾。此外，三電極體系中常以鉑或石墨這類性質(zhì)穩(wěn)定的材料作為對電極，也叫輔助電極，工作時與工作電極組成串聯(lián)回路，只起導(dǎo)電點(diǎn)作用。特別提醒，最近很多文獻(xiàn)表明，長時間在電化學(xué)實(shí)驗(yàn)體系中測試需要用石墨作為對電極，因?yàn)樵陂L時間的測試中Pt會溶解，導(dǎo)致工作電極掃描時會出現(xiàn)沉積Pt的現(xiàn)象，進(jìn)而影響工作電極的活性。同樣，參比電極常用氯化銀電極或Hg/HgO電極。在進(jìn)行測試之前，還需要考慮催化劑狀態(tài)，若為一個整體時，可直接當(dāng)工作電極使用


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