嚴重的環(huán)境問題和化石燃料儲量的銳減促使人們探索可持續(xù)的清潔能源,地球上的水資源儲量豐富,因此電解水產(chǎn)氫是最有發(fā)展前途的方法之一。水的電解反應(yīng)由析氧反應(yīng)（Oxygen evolution reaction,OER）和析氫反應(yīng)（Hydrogen evolution reaction,HER）兩個半反應(yīng)組成。因為OER過程動力學(xué)進程比較緩慢,反應(yīng)能壘過高等原因,成為了限制電解水的瓶頸。因此開發(fā)具有較高催化活性的OER和HER電催化劑是有效催化電解水的關(guān)鍵所在。目前最好的HER催化劑是鉑基碳材料（Pt/C）,最好的OER催化劑是銥基和釕基（IrO₂、RuO₂）催化劑。然而貴金屬催化劑成本高、儲量稀少,這些不利因素限制了它們的大規(guī)模利用。因此,迫切需要開發(fā)能用于可再生能源生產(chǎn)的高效、豐富和廉價的電催化劑。水滑石材料由于其獨特的層狀結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)引起了大家的廣泛關(guān)注。本論文以鎳、鐵為原料,通過不同的方法制備了幾種大小和形貌不同的鎳鐵水滑石納米復(fù)合材料,并對其電化學(xué)性能進行了研究。主要內(nèi)容如下:（1）以泡沫鎳（Ni foam,NF）作為支撐載體,通過水熱法... 

【文章來源】：青島科技大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：98 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

氫氣的幾種來源Fig1-1Severalsourcesofhydrogen

渲械緗饉?魄餳際躋殉晌??А⒉牧�、能源�?諸多領(lǐng)域的研究熱點。電解水反應(yīng)由析氫（HER）和析氧（OER）兩個半反應(yīng)組成[28-32]。從電化學(xué)角度出發(fā)，研究者們對這兩個半反應(yīng)都有著較為深入的研究，并設(shè)計出了許多種催化劑用于電解水性能研究。從催化反應(yīng)的機理來說，OER涉及四電子進程而HER只涉及兩電子轉(zhuǎn)移過程。在水的電解中，OER的反應(yīng)路徑比HER的反應(yīng)路徑更復(fù)雜，在O2析出過程中涉及更多的反應(yīng)中間體。這使得陽極的OER過程需要更多的能量（即過電位）以克服反應(yīng)能壘，因此OER成為了電解水反應(yīng)的研究難點和重點[33]。圖1-2為一種自優(yōu)化雙功能電催化劑NiFe-LDH在堿性介質(zhì)中電催化制氫示意圖，其中FeOOH和Ni-H是在HER過程中形成的中間體，而γ-NiOOH是在OER過程中觀察到的中間體[32]。根據(jù)酸堿性的不同，大致將電解質(zhì)溶液分為三種：（1）堿性電解液，通常是1MKOH溶液；（2）中性電解液，通常是PBS或者是食鹽水溶液；（3）酸性電解液，通常是硫酸稀釋液[33]。圖1-2堿性介質(zhì)中電催化生成H2的原理圖[33]Fig1-2SchematicrepresentationoftheelectrocatalyticgenerationofH2inalkalinemedia1.2.2析氧反應(yīng)和析氫反應(yīng)簡介HER是電解池中較簡單的反應(yīng)，只有2個電子參與，反應(yīng)能壘較低。而OER是一個有4個電子參與的反應(yīng)，反應(yīng)較大程度的偏離了氧的標準平衡電勢（EθO2/H2O=1.23V）。這是由于氧分子中O=O雙鍵的解離能高達493.59kJ/mol，具有較高的反應(yīng)能壘，因此需要額外的吉布斯能才能完成反應(yīng)。不同pH的電解液中，HER和OER發(fā)生的機理也不同。

青島科技大學(xué)研究生學(xué)位論文7的可交換性，水滑石的結(jié)構(gòu)特點導(dǎo)致其層間陰離子可以與各種陰離子交換，包括各種無機、有機陰離子以及其他可與之配位的陰離子等；（3）熱穩(wěn)定性能，LDH加熱到一定溫度時會發(fā)生發(fā)生分解，分解過程包括脫去層間水、碳酸根離子等陰離子以及層板羥基脫水等幾個步驟。（4）記憶效應(yīng)，在加熱到一定溫度時LDH轉(zhuǎn)化成層狀雙金屬氧化物（（LayeredDoubledOxide,LDO），將LDO放入水中又可以恢復(fù)LDH層狀結(jié)構(gòu)。一般來說，在溫度低于500℃時，LDH的結(jié)構(gòu)是有可能恢復(fù)的。基于LDH的以上幾種特性，近年來LDH及其復(fù)合材料在環(huán)境保護、醫(yī)療健康、能量的轉(zhuǎn)換與貯存以及催化加氫和石油裂解等方面得到了廣泛應(yīng)用。圖1-3碳酸根離子插層的鎂鋁水滑石理論結(jié)構(gòu)示意圖Fig1-3Theidealizedstructureofcarbonate-intercalatedLDH1.3.2水滑石的制備方法天然的水滑石材料儲量稀少，雜質(zhì)多且種類有限，因此我們一般采用人工合成的辦法來合成所需的水滑石材料。因為水滑石的結(jié)構(gòu)和功能密切相關(guān)，因此我們必須使用合適的辦法來合成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的水滑石材料。水滑石的主要合成方法有以下幾種：（1）共沉淀法共沉淀法包括低飽和和高飽和兩種。低飽和共沉淀法是指將金屬鹽溶液和堿溶液（氨水、KOH溶液等）同時加入到一定溫度的蒸餾水中，經(jīng)攪拌、陳化和離心收集就可以得到水滑石材料，這是一種常見的合成水滑石的方法。高飽和共沉淀法指將金屬鹽溶液和堿溶液分別加熱至反應(yīng)溫度，然后同時倒入加熱的去離子水中，劇烈攪拌，這種方法一般用于制備大塊的水滑石。如果想得到晶型更加完

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]超薄類水滑石納米片-碳復(fù)合物的制備及其電催化性能研究[D]. 孫源.青島科技大學(xué) 2019
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本文編號：3384098