碳化鉬微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控及其電解水析氫性能研究
發(fā)布時間：2021-10-10 14:32
用于開發(fā)清潔和可持續(xù)氫能源的有效技術(shù)一直備受關(guān)注。為此,一種有效的方法是基于電解水制氫。鉑（Pt）基材料擁有極佳的電催化活性和穩(wěn)定性,但由于其在自然界中含量極少,價格昂貴,因而阻礙了其廣泛應(yīng)用。納米結(jié)構(gòu)的過渡金屬催化劑,價格低廉、電催化活性好、穩(wěn)定性佳,因而作為貴金屬鉑的最具前景的替代材料被廣泛研究。然而,迄今為止,研發(fā)由廉價和地球儲量豐富的元素組成的催化劑,開發(fā)具有低過電勢的高活性電解水產(chǎn)氫催化劑仍然是一項巨大挑戰(zhàn)。鑒于此,本文主要研究內(nèi)容:合成超薄二維碳化鉬電催化材料,調(diào)控碳化鉬微觀結(jié)構(gòu)形貌,研究其電解水析氫反應(yīng)催化反應(yīng)機(jī)理,提高電解水析氫反應(yīng)催化活性。在納米層次上設(shè)計和構(gòu)建超薄二維碳化鉬表界面結(jié)構(gòu),調(diào)控電解水析氫反應(yīng)催化活性,降低電解水析氫反應(yīng)過電勢,提高電解水析氫反應(yīng)電流密度和循環(huán)穩(wěn)定性;采用多種表面和納米制備手段,結(jié)合表界面結(jié)構(gòu)表征、電化學(xué)測試和密度泛函理論模擬計算,深入研究二維電催化劑催化活性組分間的催化作用。具體工作和研究結(jié)果如下:（1）通過控制三氧化鉬（MoO3）升華和氫氣（H2）還原之間的反應(yīng)動態(tài)平衡,提供了一種簡單、經(jīng)濟(jì)高...
【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：178 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
世界鉬資源和鉬儲量分布圖（來源美國地質(zhì)調(diào)查局2015年發(fā)布的數(shù)據(jù)）
年俄國物理學(xué)家 DmitryAleksandrovichLachinov 開發(fā)一種通過電解去工業(yè)合成氫氣和氧氣的方法。20 世紀(jì) 20 年代和 30 年代開發(fā)設(shè)計大量不同的電解槽，并在同一時期建造了幾座大型 100 MW 的工廠。[64]然而，大約在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于氨肥料工業(yè)大量使用碳?xì)浠衔锬茉春退Πl(fā)電，電解水發(fā)展基本停止。直到 20 世紀(jì) 70 年代的石油危機(jī)，電解水所產(chǎn)生的氫能成為解決能源危機(jī)和可持續(xù)供應(yīng)問題的有效方法被人們重視起來。[65]電解水的發(fā)展歷程如圖 1-2 所示。電解水是一個能量密集型產(chǎn)業(yè)，需要輸入大量的電能來獲取氫氣。傳統(tǒng)上，電解水所使用的電力來自礦物燃料，因此電解水制氫的優(yōu)點受到質(zhì)疑。直到水能、風(fēng)能和太陽能的推進(jìn)，電解水才在當(dāng)今熾手可熱的可持續(xù)綠色發(fā)展中掀起軒然大波。由于水能、風(fēng)能和太陽能發(fā)電是間歇性的可再生能源，因此始終需要備用發(fā)電機(jī)來提供穩(wěn)定和連續(xù)的電力。電解水非常適合這些間歇性能源，因為可以利用過量的電力來電解水制備氫能。
華南理大學(xué)博士學(xué)位論文循環(huán)型新能源——氫能是未來最重要的能源。氫能源制備技術(shù)的發(fā)展對于氫能源汽車、氫能站建設(shè)以及日用燃?xì)馄鸬疥P(guān)鍵的保障作用。目前制氫技術(shù)主要是由烴類水蒸氣重整制氫，全球 96%左右的氫氣產(chǎn)量來自于烴類蒸汽重整工藝，其中又以天然氣蒸汽重整占48%左右，這種技術(shù)既消耗了不可再生能源又產(chǎn)生大量的 CO2，而且制備的氫氣中還含有~2%的一氧化碳，限制了其在氫能源汽車（燃料電池）領(lǐng)域中的應(yīng)用發(fā)展。因此，這種傳統(tǒng)技術(shù)制備的氫氣并非真正的清潔能源。目前，電解水產(chǎn)氫技術(shù)由于清潔無污染（電解產(chǎn)物只有氫氣和氧氣）和高效率（80%以上）等優(yōu)勢，引起了研究人員的廣泛關(guān)注。并且電解水制氫技術(shù)可以適應(yīng)水能、風(fēng)能和太陽能等發(fā)電的間歇性與季節(jié)性，將多余的電能轉(zhuǎn)化成可存儲的氫能源。圖 1-3 顯示了用于分布式發(fā)電的氫可再生能源系統(tǒng)的總體概念圖。[67]在我國的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020 年）》和《國家“十二五”科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》中都列入了發(fā)展氫能源及相關(guān)的研究計劃內(nèi)容。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高質(zhì)量單層MoS2的可控合成及其在微納電子方面的應(yīng)用（英文）[J]. 楊小年,李強(qiáng),胡國鋒,王澤高,楊振宇,劉興強(qiáng),董明東,潘曹峰. Science China Materials. 2016(03)
本文編號：3428563
【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：178 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
世界鉬資源和鉬儲量分布圖（來源美國地質(zhì)調(diào)查局2015年發(fā)布的數(shù)據(jù)）
年俄國物理學(xué)家 DmitryAleksandrovichLachinov 開發(fā)一種通過電解去工業(yè)合成氫氣和氧氣的方法。20 世紀(jì) 20 年代和 30 年代開發(fā)設(shè)計大量不同的電解槽，并在同一時期建造了幾座大型 100 MW 的工廠。[64]然而，大約在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于氨肥料工業(yè)大量使用碳?xì)浠衔锬茉春退Πl(fā)電，電解水發(fā)展基本停止。直到 20 世紀(jì) 70 年代的石油危機(jī)，電解水所產(chǎn)生的氫能成為解決能源危機(jī)和可持續(xù)供應(yīng)問題的有效方法被人們重視起來。[65]電解水的發(fā)展歷程如圖 1-2 所示。電解水是一個能量密集型產(chǎn)業(yè)，需要輸入大量的電能來獲取氫氣。傳統(tǒng)上，電解水所使用的電力來自礦物燃料，因此電解水制氫的優(yōu)點受到質(zhì)疑。直到水能、風(fēng)能和太陽能的推進(jìn)，電解水才在當(dāng)今熾手可熱的可持續(xù)綠色發(fā)展中掀起軒然大波。由于水能、風(fēng)能和太陽能發(fā)電是間歇性的可再生能源，因此始終需要備用發(fā)電機(jī)來提供穩(wěn)定和連續(xù)的電力。電解水非常適合這些間歇性能源，因為可以利用過量的電力來電解水制備氫能。
華南理大學(xué)博士學(xué)位論文循環(huán)型新能源——氫能是未來最重要的能源。氫能源制備技術(shù)的發(fā)展對于氫能源汽車、氫能站建設(shè)以及日用燃?xì)馄鸬疥P(guān)鍵的保障作用。目前制氫技術(shù)主要是由烴類水蒸氣重整制氫，全球 96%左右的氫氣產(chǎn)量來自于烴類蒸汽重整工藝，其中又以天然氣蒸汽重整占48%左右，這種技術(shù)既消耗了不可再生能源又產(chǎn)生大量的 CO2，而且制備的氫氣中還含有~2%的一氧化碳，限制了其在氫能源汽車（燃料電池）領(lǐng)域中的應(yīng)用發(fā)展。因此，這種傳統(tǒng)技術(shù)制備的氫氣并非真正的清潔能源。目前，電解水產(chǎn)氫技術(shù)由于清潔無污染（電解產(chǎn)物只有氫氣和氧氣）和高效率（80%以上）等優(yōu)勢，引起了研究人員的廣泛關(guān)注。并且電解水制氫技術(shù)可以適應(yīng)水能、風(fēng)能和太陽能等發(fā)電的間歇性與季節(jié)性，將多余的電能轉(zhuǎn)化成可存儲的氫能源。圖 1-3 顯示了用于分布式發(fā)電的氫可再生能源系統(tǒng)的總體概念圖。[67]在我國的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020 年）》和《國家“十二五”科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》中都列入了發(fā)展氫能源及相關(guān)的研究計劃內(nèi)容。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高質(zhì)量單層MoS2的可控合成及其在微納電子方面的應(yīng)用（英文）[J]. 楊小年,李強(qiáng),胡國鋒,王澤高,楊振宇,劉興強(qiáng),董明東,潘曹峰. Science China Materials. 2016(03)
本文編號：3428563
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