電催化分解水制氫（Hydrogenevolution reaction,HER）是獲取高純度氫氣和實(shí)現(xiàn)氫能可持續(xù)分布式存儲(chǔ)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�(yīng)用。為此,本論文從催化劑活性位角度出發(fā),首先辨認(rèn)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(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)HER活性、動(dòng)力學(xué)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(jié)果如下:（1）采用晶體原子結(jié)構(gòu)模型計(jì)算方法,關(guān)聯(lián)基于活性位數(shù)目計(jì)算的催化劑活性（TOF）隨金屬顆粒粒徑變化的關(guān)系,辨識(shí)出Pt（100）面為HER主導(dǎo)活性位,并揭示了 Pt基HER催化劑的粒徑效應(yīng)本質(zhì):當(dāng)Pt顆粒粒徑≥2.1 nm時(shí),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(dāng)Pt顆粒粒徑<2.1 nm時(shí),存在顯著的電子效應(yīng),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(duì)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(xué)上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

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

第４頁?華東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文??：爾！［編＿—、；??！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(guān)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(xué)碩士學(xué)位論文?第５頁??第二章文獻(xiàn)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(xué)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(duì)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(diǎn)雖然十分明顯，但其缺點(diǎn)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(yīng)組成：陰極發(fā)生析氫反應(yīng)（ＨＥＲ），??陽極發(fā)生析氧反應(yīng)（ＯＥＲ）。目前來看，陰極反應(yīng)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(jià)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(jìn)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(yīng)參數(shù)??電解水析氫反應(yīng)是裂解水過程中的陰極半反應(yīng)，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極、ｐＨ?＝?０時(shí)，理??想析氫電極反應(yīng)的電勢(shì)ｆｇ＋／Ｈ２Ｃ）?＝〇Ｖ［２２］。然而與其他化學(xué)反應(yīng)相同，熱力學(xué)平衡時(shí)的反??應(yīng)過程是在理想狀態(tài)下無額外的能量損耗下就能實(shí)現(xiàn)，而在現(xiàn)實(shí)條件下，其平衡電勢(shì)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(dòng)反應(yīng)

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



本文編號(hào)：3440250