能源需求的增加跟全球氣候變暖是人類面臨的全新挑戰(zhàn)。全球變暖帶來的一系列極端氣候問題越來越警示著人類做出改變。開發(fā)清潔是解決這些問題最關(guān)鍵的一步。氫能是最清潔的綠色能源,開發(fā)利用氫能對(duì)于應(yīng)對(duì)全球變暖和能源危機(jī)有著非常重要的意義。電解水制氫無污染且環(huán)境友好,但是水分解過程動(dòng)力學(xué)緩慢而造成能耗過高。因此,開發(fā)優(yōu)良的析氫（hydrogen evolution reaction,HER）跟析氧（oxygen evolution reaction,OER）催化劑,來加速水分解的動(dòng)力學(xué)過程,是解決這一難題的關(guān)鍵。近年來,非貴金屬催化劑的水分解催化性能取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,但是跟貴金屬催化劑相比還是有很大差距。從減少成本、增加催化性能的角度上來說,減小貴金屬催化劑的尺寸是提升貴金屬催化劑有效利用率的重要策略,本文采用參雜、電化學(xué)置換等方式制備貴金屬負(fù)載的復(fù)合材料并進(jìn)行了電化學(xué)性能的測(cè)試。研究?jī)?nèi)容如下:（1）通過限制在KIT-6的介孔內(nèi)的IrCl₃/Co（NO₃）₂的熱解,制備了分散良好的亞納米級(jí)（SNS）Ir修飾的介孔Co₃

【文章來源】：青島科技大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

酸性電解水示意圖

貴金屬負(fù)載及其基底電化學(xué)性質(zhì)的研究6圖1.2催化劑的發(fā)展策略。圖中左側(cè)為增大催化劑單位面積活性為點(diǎn)數(shù)目的方法，圖中右側(cè)為增加催化劑每個(gè)活性位點(diǎn)固有活性的方法[57]Figure1.2Catalystdevelopmentstrategies.Schematicofvariouscatalystdevelopmentstrategies,whichaimtoincreasethenumberofactivesitesand/orincreasetheintrinsicactivityofeachactivesite電化學(xué)水分解受制于過電位造成的能耗過大跟動(dòng)力學(xué)緩慢等問題需要使用高效催化劑。根據(jù)熱力學(xué)第二定律得知熱是跟途徑有關(guān)系的因此在反應(yīng)中尋找合適的催化劑降低活化能就顯得尤為重要。根據(jù)以往的報(bào)道增加催化劑本領(lǐng)的策略主要又兩種[58]：（1）增加催化劑單位面積上活性位點(diǎn)的數(shù)目；（2）增加催化劑每個(gè)活性位點(diǎn)的固有屬性。幸運(yùn)的是這兩種方法并不互斥，因此在設(shè)計(jì)催化劑時(shí)候的最佳策略應(yīng)該同時(shí)涉及這兩個(gè)方面。如圖1.2所示列舉了各個(gè)增加催化劑單位面積內(nèi)活性位點(diǎn)數(shù)目的方法。最簡(jiǎn)單的為增加催化劑的負(fù)載量，但是增加負(fù)載量收受到物理面積的制約并不能無限制的增大，并且增加負(fù)載量也意味著增大電極的制造成本。因此要在用量跟性能之間找到一個(gè)最佳的制衡點(diǎn)。另外的方法還包括廣泛報(bào)道的形貌法，即通過合成保持固定形貌的納米材料來增加活性位點(diǎn)的數(shù)目。將催化劑納米化是催化劑的合成的重要策略，例如構(gòu)造合成各種納米結(jié)構(gòu)。但是材料的尺寸足夠小的時(shí)候由于表面能大，因此在實(shí)際應(yīng)用中很容易發(fā)生團(tuán)聚，因此將小尺寸的材料負(fù)載在穩(wěn)定的材料上也是不可或缺的方法，例如碳納米管、石墨烯被當(dāng)作載體基底的研究有很大的進(jìn)展。另外提升催化劑每個(gè)活性位點(diǎn)固有活性的方法也有了大量的報(bào)道，例如合金化、限域、構(gòu)造核殼結(jié)構(gòu)等。這些方法主要是調(diào)控原子的的電子云分布來到達(dá)增強(qiáng)單個(gè)活性位

青島科技大學(xué)研究生學(xué)位論文7根據(jù)J.D.Benck等人的研究報(bào)道，增加活性位點(diǎn)的數(shù)目并不能一直的線性增加催化劑的催化本領(lǐng)，在是由于在活性位點(diǎn)在增加到一定數(shù)目以后，由于受到傳質(zhì)限制因此催化劑的本領(lǐng)并不能無限增加[59]。然而增加每個(gè)活性位點(diǎn)的固有活性卻幾乎可以無限制的提升催化劑的催化本領(lǐng)。因此在實(shí)際應(yīng)用中要首先考慮增加催化劑每個(gè)活性位點(diǎn)的固有屬性。近年來一些非貴金屬催化劑雖然在酸性HER跟堿性O(shè)ER取得了矚目的成果但是在開發(fā)與之相匹配的堿性HER跟酸性O(shè)ER催化劑的研究卻一直以來是公共的科學(xué)性難題。雖然在電化學(xué)水分解的報(bào)道近來來呈現(xiàn)出“劣幣驅(qū)除優(yōu)幣”的趨勢(shì)，但是根據(jù)T.F.Jaramillo等人的報(bào)道好的催化劑與差的催化劑固有活性位點(diǎn)之間的差距可達(dá)3個(gè)數(shù)量級(jí)[60]。因此在開發(fā)催化劑我們并不能放棄貴金屬的使用，要推廣貴金屬的使用少了它的用量就顯得尤為關(guān)鍵因此我們可以使用負(fù)載的方式減少催化劑的用量。1.4.1催化劑的選擇圖1.3HER火山圖Figure1.3HERvolcanoplot（1）過渡金屬碳化物、氮化物過渡金屬碳化物（TMCs）及氮化物（TMNs）具備出色的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、電導(dǎo)率及化學(xué)耐腐蝕性，在電催化領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。自從上世紀(jì)70年代科學(xué)家Levy和Boudart報(bào)道碳化物具有類似貴金屬鉑的催化本領(lǐng)以后，越來越的科學(xué)家開始研究過渡金屬碳化物及氮化物在二次能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換方面的應(yīng)用[61]。過渡金屬碳化物和過渡金屬氮化物在本征催化本領(lǐng)上與其相應(yīng)的金屬不同，而與第VIII族的貴金屬主族相近。他們特殊的結(jié)構(gòu)決定了這一特性，它們表達(dá)出的這一特性也是特殊電子結(jié)構(gòu)的表達(dá)，因?yàn)镃或N原子的嵌入，使原本的金

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于在線分析的電網(wǎng)清潔能源消納調(diào)度策略及實(shí)例分析[J]. 陳浩,賀鵬程,石輝,崔挺,張凱,徐民.  湖南電力. 2018(03)
[2]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(zhǎng)鵬,邢巍.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2016(07)



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