析氧反應(yīng)（OER）作為能量轉(zhuǎn)化反應(yīng)的關(guān)鍵組成部分,在水分解等可再生能源技術(shù)中具有廣泛的應(yīng)用,近年來已被大量研究。由于其動力學(xué)過程緩慢和大的過電位,陽極上的OER反應(yīng)被視為電解水的主要瓶頸,因此,有必要構(gòu)建和設(shè)計(jì)具有較低過電位的OER電催化劑以提高能量轉(zhuǎn)換效率。目前的研究表明,貴金屬氧化物（IrO₂和RuO₂）被認(rèn)為是最佳的OER電催化劑,但是成本高昂和資源匱乏限制了它們的進(jìn)一步應(yīng)用,因此有必要開發(fā)具有低成本和高催化活性的非貴金屬OER電催化劑。層狀雙金屬氫氧化物（LDH）由于其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和較好的本征OER催化活性使其在該領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。因此,本論文以NiFe-雙金屬氫氧化物（NiFe-LDH）為研究對象,通過剝離的策略來暴露其催化活性位點(diǎn),然后與其他二維材料組裝,通過調(diào)控組裝結(jié)構(gòu)和催化劑表面的電荷分布來提升OER活性。本論文的主要研究內(nèi)容和相關(guān)結(jié)論如下:（1）開發(fā)了一種環(huán)境友好且高效的固相剝離策略實(shí)現(xiàn)了NiFe-LDH和氧化石墨烯（GO）的完全剝離,并通過靜電組裝的方式制備NiFe-LDH/RGO（NFRG）納米復(fù)合材料。各項(xiàng)測... 

【文章來源】：西南科技大學(xué)四川省

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

基于電催化下的可持續(xù)能源途徑[1]

西南科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2通過電化學(xué)方法將豐富的水資源轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍偕臍淠茉词悄壳白钣星熬暗闹茪浼夹g(shù)之一。圖1-2為水分解電解槽示意圖[2]，從圖中可以看出，電解水反應(yīng)是由陰極和陽極上發(fā)生的兩個(gè)半反應(yīng)組成，分別對應(yīng)于析氫反應(yīng)（Hydrogenevolutionreaction，HER）和析氧反應(yīng)（Oxygenevolutionreaction，OER）。理論上，常溫常壓下，在電解槽陰極上發(fā)生的HER和在陽極上發(fā)生的OER的電極電勢分別為0.00V和1.23V，所以在常溫常壓下，驅(qū)動電解水反應(yīng)發(fā)生所需電壓的理論最小值為1.23V。然而在實(shí)際情況下，無論是在陰極還是陽極，其電極反應(yīng)都涉及到多步的電子轉(zhuǎn)移過程（目前的研究普遍認(rèn)為，HER反應(yīng)涉及兩個(gè)電子的轉(zhuǎn)移，而OER反應(yīng)則是一個(gè)四電子過程），而每一步的電子轉(zhuǎn)移過程在一定程度上都會引入反應(yīng)動力學(xué)能壘，從而使得反應(yīng)的活化能升高，最終導(dǎo)致電解水反應(yīng)的實(shí)際電壓值遠(yuǎn)高于理論上的最小電壓值[3]。因此通常需要在陰極和陽極引入催化劑來降低催化反應(yīng)所需要的的活化能，提高能量轉(zhuǎn)換效率。由于陽極上發(fā)生的OER反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理比較復(fù)雜，涉及到多步的質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移，與HER反應(yīng)相比具有更大的動力學(xué)障礙，因此陽極上的OER反應(yīng)也被認(rèn)為是影響電解水效率的主要因素[4]。圖1-2水分解電解槽示意圖[2]1.3析氧反應(yīng)機(jī)理在電解水反應(yīng)中，與發(fā)生在陰極上的HER相比，陽極上發(fā)生的OER是一個(gè)電子耦合非常困難的四電子反應(yīng)，每產(chǎn)生一個(gè)氧氣分子需要四個(gè)電子的轉(zhuǎn)移，所以在通常情況下需要施加一個(gè)較大的電壓才能驅(qū)動電極反應(yīng)的發(fā)生。此外，OER反應(yīng)對pH具有高度的依賴性，在堿性、中性或酸性的條件下存在不同的催化反應(yīng)機(jī)理，圖1-3為水電解過程中OER的催化循環(huán)，在不同的酸堿條件下對應(yīng)的催化反應(yīng)機(jī)理如下所示[5,6]：1.2電解水系統(tǒng)

1緒論3圖1-3水電解中OER的催化循環(huán)[5]在堿性條件下：OH-+*→OH*+e-(1-1)OH*+OH-→O*+H2O+e-(1-2)2O*→O2+2*(1-3)O*+OH-→OOH*+e-(1-4)OOH*+OH-→O2+*+H2O+e-(1-5)在中性或酸性條件下：H2O+*→OH*+H++e-(1-6)OH*+OH-→O*+H2O+e-(1-7)2O*→O2+2*(1-9)O*+H2O→OOH*+H++e-(1-10)OOH*+H2O→O2+*+H++e-(1-11)在上述公式中，*代表的是催化劑材料表面上存在的催化活性位點(diǎn)，而O*、OH*以及OOH*則代表的是OER反應(yīng)過程中形成的中間產(chǎn)物。在堿性條件下，電解質(zhì)溶液中OH-的濃度大，所以催化劑材料表面的催化活性位點(diǎn)會直接與OH-結(jié)合并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，而在酸性或中性條件下，溶液中的OH-只能來自于H2O，所以第一步的反應(yīng)為水的解離。從以上公式中可以看到，無論是在堿性條件下還是在中性或酸性條件下，關(guān)于O2的產(chǎn)生可能存在兩種不同的催化途徑：其中一種途徑是在形成O*（（1-2）和（1-7））中間體之后，兩個(gè)O*會發(fā)生結(jié)合生成一個(gè)O2分子（（1-3）和（1-9））；另一種途徑是

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Adsorption-energy-based activity descriptors for electrocatalysts in energy storage applications[J]. Youwei Wang,Wujie Qiu,Erhong Song,Feng Gu,Zhihui Zheng,Xiaolin Zhao,Yingqin Zhao,Jianjun Liu,Wenqing Zhang.  National Science Review. 2018(03)



本文編號：3336433