電催化分解水制氫（Hydrogenevolution reaction,HER）是獲取高純度氫氣和實現(xiàn)氫能可持續(xù)分布式存儲的重要途徑。盡管商業(yè)化鉑炭（Pt/C）催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的HER活性,但是催化劑成本高、原子利用率低且長期穩(wěn)定性差,這很大程度上限制了其規(guī)�；瘧�。為此,本論文從催化劑活性位角度出發(fā),首先辨認了 Pt/C電析氫催化劑的主要活性位,其次揭示了催化劑活性位結構和性質(zhì)對HER活性、動力學行為和穩(wěn)定性的影響規(guī)律,最終研制出原子利用率高和穩(wěn)定性好的Pt/C電析氫催化劑。主要研究結果如下:（1）采用晶體原子結構模型計算方法,關聯(lián)基于活性位數(shù)目計算的催化劑活性（TOF）隨金屬顆粒粒徑變化的關系,辨識出Pt（100）面為HER主導活性位,并揭示了 Pt基HER催化劑的粒徑效應本質(zhì):當Pt顆粒粒徑≥2.1 nm時,發(fā)現(xiàn)催化劑活性差異主要是Pt活性位數(shù)目差異引起的,而當Pt顆粒粒徑<2.1 nm時,存在顯著的電子效應,發(fā)現(xiàn)缺電子的Pt顆粒有利于提高HER活性。（2）闡明了 Pt前驅(qū)體類型以及還原方式和氣氛對Pt基催化劑活性位數(shù)量、局域環(huán)境及電子性質(zhì)的調(diào)變規(guī)律,發(fā)現(xiàn)以氯鉑酸為前驅(qū)體、... 

【文章來源】：華東理工大學上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１不同制氫方法的成本對比ＨＵ??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｃｏｓｔ?ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｍｅｔｈｏｄｓ［１１］??，

第４頁?華東理工大學碩士學位論文??：爾�。劬帲摺�、；??！人?ｉｎｆ?１１１?Ｓｉｉｒ！?ｉ??！?ＣＺ：?Ｉ?：！?ｉ?Ｘ?Ｘ?Ｔ，：??ｐｉ?ｐｎ?ｖ＾Ｐ９＜｜９ｇ９｜?ｉ?Ｈ?ＰＩ?Ｐ�。遥�?１??＿?ｉｒ?丨?Ｈ關１？＿??Ｑ?Ｑ?＿Ｊ?！?；?ｑ?Ｑ?Ｄ????、?，、?―一，??圖１．２研宄思路及內(nèi)容??Ｆｉｇ．１．２?Ｔｈｅ?ｉｄｅａｓ?ａｎｄ?ｃｏｎｔｅｎｔ?ｏｆ?ｒｅｓｅａｒｃｈ??

華東理工大學碩士學位論文?第５頁??第二章文獻綜述??２．１電解水析氫??目前，通過新能源發(fā)電與電解水制氫耦合，可以有效地將可再生能源轉(zhuǎn)化為間歇性??電能，繼而轉(zhuǎn)化為高效的化學能（氫能），提高可再生能源利用效率［１，２］。并且，電解水??析氫的過程中無碳排放，僅需要水與電能就可產(chǎn)氫，產(chǎn)物氫氣可直接用作工業(yè)原料和能??源氣體而無需額外分離工序；這與蒸汽重整制氫等石化原料制氫方法形成鮮明對比［１６］，??具體電解過程如圖２．１。??Ｃａｔｈｏｄｅ?－?ｎＡＡ＾??＋?Ａｎｏｄｅ??＿??圖２．１電解水模型??Ｆｉｇ．２．１?Ｔｈｅ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｗａｔｅｒ?ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ??電解水析氫優(yōu)點雖然十分明顯，但其缺點在于催化劑使用成本過高，這無疑是制約??它大規(guī)模工業(yè)化的阿克琉斯之蹢。電解水由兩部分反應組成：陰極發(fā)生析氫反應（ＨＥＲ），??陽極發(fā)生析氧反應（ＯＥＲ）。目前來看，陰極反應中Ｐｔ基催化劑展現(xiàn)出了無與倫比??的高交換電流密度（ｊｏ）與低塔菲爾斜率［｜９］。但是Ｐｔ催化劑受限于其高昂的價格與稀少??的產(chǎn)量，很大程度上制約了電解水析氫的工業(yè)化生產(chǎn)［２Ｇ，２１］。所以，如何高效利用Ｐｔ，制??備出高活性高穩(wěn)定性的Ｐｔ催化劑，無疑是推進電解水析氫大規(guī)模工業(yè)化利用的重中之重。??２．１．１反應參數(shù)??電解水析氫反應是裂解水過程中的陰極半反應，相對于標準氫電極、ｐＨ?＝?０時，理??想析氫電極反應的電勢ｆｇ＋／Ｈ２Ｃ）?＝〇Ｖ［２２］。然而與其他化學反應相同，熱力學平衡時的反??應過程是在理想狀態(tài)下無額外的能量損耗下就能實現(xiàn)，而在現(xiàn)實條件下，其平衡電勢必??然不可能為０Ｖ。電解水析氫過程同樣需要額外的能量來推動反應

【參考文獻】：
博士論文
[1]炭載Pt基復合物催化制氫的反應動力學行為及調(diào)控規(guī)律[D]. 陳文堯.華東理工大學 2018



本文編號：3440250