電解水制氫技術(shù)具有環(huán)保、過程簡單、無副反應(yīng)、副產(chǎn)物生產(chǎn)等優(yōu)點,被認為是進行工業(yè)化制氫的理想選擇之一。但是,由于陽極、陰極和其它因素所引起的過電勢的存在,嚴(yán)重地降低了電解水制氫效率。相關(guān)文獻報道:過渡金屬磷化物及其復(fù)合催化劑不僅含量豐富、價格便宜而且催化效率較高,所以關(guān)于在此基礎(chǔ)上進一步提高它們催化性能,從而替代Pt/C、RuO2和Ir O2等貴金屬催化劑的研究將是一件特別有意義的事情。本論文以具有良好導(dǎo)電性能的三維（3D）鎳箔或多孔泡沫鎳為基底,通過電沉積法或水熱法得到鎳基催化劑前驅(qū)體,再經(jīng)過一步原位氣相磷化,制備出了多種具有高催化性能的獨特3D結(jié)構(gòu)的鎳基磷化物復(fù)合電催化劑。通過多種物理表征和電催化性質(zhì)測試,探索了鎳基磷化物復(fù)合電催化劑的微觀結(jié)構(gòu)、組成成分及其對電催化性能的影響,并研究了它們的電催化活性得到明顯提高的原因,將為之后設(shè)計和控制合成一系列廉價、高催化性能的電催化劑提供一定的幫助。（1）經(jīng)過兩步電沉積和原位氣相磷化成功地構(gòu)建了生長在鎳箔（NF）表面的FeP納米粒子包覆的3D自組裝的Ni2P納米管（Fe P@Ni2P/NF）材料,并且詳細地研究了其形貌、尺寸、組成成分和催化原理... 

【文章來源】：青島科技大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：116 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

基于電催化作用的綠色能源轉(zhuǎn)化示意圖[3]

淮鈾?貧?甭士梢鑰闖齙绱呋?戀拇呋??ρЦ叩停?塔菲爾斜越小，說明其催化動力學(xué)越高；阻抗值的大小可以直接反應(yīng)出電催化劑的本質(zhì)導(dǎo)電性強弱，有助于確定其作用的電解水體系中的電子傳輸快慢，從而推測電解水過程進行的快慢。另外，穩(wěn)定性也是評價電催化劑性能的一個重要參數(shù)，只有具有長時間穩(wěn)定性的電催化劑才能更好地應(yīng)用于實際電解水反應(yīng)中。1.2.2電催化析氫反應(yīng)原理電催化析氫反應(yīng)是水電離出的H+在陰極上的還原過程,具體反應(yīng)方程式如表1-1所示，它一般包括液相傳質(zhì)、電化學(xué)反應(yīng)、脫附和氫氣從表面逸出四個步驟，如圖1-2所示：圖1-2電催化析氫反應(yīng)的過程轉(zhuǎn)化示意圖[10]Fig.1-2Diagramoftheprocesstransformationofelectrocatalytichydrogenevolutionreaction[10]

青島科技大學(xué)研究生學(xué)位論文5電化學(xué)反應(yīng)過程和脫附過程通常情況下是HER速率的控制步驟。由于電催化析氫反應(yīng)是在電極表面發(fā)生的一種由多步基元反應(yīng)而組成的復(fù)合反應(yīng)，所以現(xiàn)階段關(guān)于電催化析氫反應(yīng)的具體原理還處于一種眾說紛紜的狀態(tài)，其中遲緩放電理論認為反應(yīng)機理如：(1-1)，(1-2)和(1-3)三步所示，總反應(yīng)速率由分步反應(yīng)中速率最慢的一步所決定，對應(yīng)的關(guān)系式如(1-4)所示，整理后即為Tafel斜率公式，如(1-5)式所示，表示在一定的過電勢下，電流和電勢的關(guān)系，式中j為電流密度，j0為交換電流密度，logj0為化學(xué)反應(yīng)達到平衡時的反應(yīng)速率,可以用它來衡量催化劑電子轉(zhuǎn)移速率快慢，它的數(shù)量級大小會影響電化學(xué)反應(yīng)迅速與否，b(b=RT/αF)為塔菲爾斜率，是電催化劑材料的固有屬性，由HER反應(yīng)的速率控制步驟決定，其數(shù)值大小會影響HER的反應(yīng)速率，值越小反應(yīng)速率就隨過電勢的增加而增加得越快，顯然這將更有利于進行實際應(yīng)用，因此研究出低塔菲爾斜率和高交換電流密度的電催化劑材料成為相關(guān)領(lǐng)域研究者們所努力的方向。H3O+e-+M→M-H+H2O（慢）(1-1)M-H+M-H→H2+M（快）(1-2)M-H+H3O+e-→H2+M+H2O（快）(1-3)j=j0exp(αzFη/RT)(1-4)η=blog(j/j0)(1-5)由于酸堿條件下的反應(yīng)機制基本相同。通常用氫吸附自由能(GH)來表征催化劑的催化活性，GH越接近于0析氫反應(yīng)越容易進行，幾種常見金屬的氫吸附自由能與催化活性的關(guān)系呈現(xiàn)出如圖1-3所示的“火山型”關(guān)系，從圖中可以看出貴金屬Pt的△GH≈0是目前報道的催化活性最高的HER催化材料，除此之外過渡金屬Ni、Cu、Co、W和Mo的氫吸附自由能相對來說也比較小，有望替代貴金屬基催化劑材料。圖1-3電催化析氫反的金屬火山型示意圖[3]Fig.1-3HERvolcanoplotformetals[3]

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Single-crystalline layered double hydroxides with rich defects and hierarchical structure by mild reduction for enhancing the oxygen evolution reaction[J]. Peng Zhou,Junying He,Yuqin Zou,Yanyong Wang,Chao Xie,Ru Chen,Shuangquan Zang,Shuangyin Wang.  Science China（Chemistry）. 2019(10)
[2]水電解電極材料[J]. 安寧寧,姚沛.  無機鹽工業(yè). 2003(05)



本文編號：3457339