化石燃料的快速消耗和日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題使得可持續(xù)能源技術(shù)的發(fā)展成為當(dāng)務(wù)之急。氫（H₂）具有較高的能量密度,被認(rèn)為是未來世界的主要能源。目前,H₂生產(chǎn)仍主要依賴于化石燃料工業(yè),純度低且成本高。以低成本和高純度生產(chǎn)H₂的最有效方式之一是通過電能或太陽能將水分解成氫和氧。一些貴金屬及其氧化物是目前公認(rèn)的性能優(yōu)異的電解水催化劑,在同等電流密度條件下具有最低的過電位,且穩(wěn)定性好。然而,由于此類催化劑資源匱乏,成本高,其商業(yè)應(yīng)用受到了很大的限制,不能廣泛應(yīng)用于電解水工業(yè)以獲得經(jīng)濟(jì)的氫能源。為了取代這些昂貴的催化劑,研究人員已經(jīng)廣泛致力于基于過渡金屬元素的電催化劑的設(shè)計(jì),合成和性能表征,過渡金屬元素的成本較低、活性高,在長時(shí)間催化條件下具有良好的穩(wěn)定性,這些優(yōu)點(diǎn)使其作為催化劑用于水分解反應(yīng)更加具有可行性。本論文的具體的研究內(nèi)容和創(chuàng)新性成果如下:（1）以具有納米立方體形貌的普魯士藍(lán)類似物Co₃[Fe（CN）₆]₂作為自犧牲模板,成功制備Co、Fe共摻雜的MoS_2... 

【文章來源】：青島科技大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

利用太陽能等可再生能源生產(chǎn)氫氣的可持續(xù)途徑[20]

貴金屬的鉑基合金，強(qiáng)耦合過渡金屬（氧化物）和納米碳雜化物基金屬材料已被探索作為貴金屬催化劑的替代品。廣泛可用的先利于該領(lǐng)域的研究，使研究人員對新催化劑的電催化活性性質(zhì)有如，X 射線吸收光譜（XAS）和表面 X 射線散射（SXS）等特高可以準(zhǔn)確地解決催化劑的化學(xué)鍵合結(jié)構(gòu)[21,22]，而一些尖端成像技暗場掃描透射電子顯微鏡（HAADF-STEM）和掃描隧道顯微鏡（子/原子水平上提供有關(guān)這些催化劑化學(xué)成分的更多信息[23]。另一泛函理論（DFT）的快速發(fā)展和強(qiáng)大的計(jì)算能力，如今，研究人平上研究催化劑[24]。因此，該領(lǐng)域的許多主題已經(jīng)得到了廣泛的劑表面存在的活性中心的性質(zhì)，原子級催化活性的評估，以及最過程設(shè)計(jì)更好的催化劑[24-26]。該領(lǐng)域最重要的成就之一是火山型的固有表面吸附性能和電子結(jié)構(gòu)（例如電子軌道水平或功函數(shù)）性聯(lián)系起來[24,27]。這種關(guān)系成功地解釋了不同表面催化活性的趨有高催化活性的催化劑提供了指導(dǎo)。水的工作原理

1.2.3 電解水 OER 反應(yīng)的機(jī)理研究析氧反應(yīng)是水裂解反應(yīng)的半反應(yīng)。值得注意的是，在酸性和堿性條件下，水分解反應(yīng)在酸性和堿性條件下的陰極和陽極半反應(yīng)是不同的。這是因?yàn)樵谒嵝曰驂A性條件下，析氧反應(yīng)的發(fā)生機(jī)制可能不同。盡管存在這種差異，但共識是 OE的電催化是一種非均相反應(yīng)，其中中間體（*OH、*O 和*OOH）內(nèi)的鍵合相互作用對于整體的電催化能力是至關(guān)重要的。表 1-1 中是目前被大部分人所接受的OER 總體反應(yīng)途徑，主要包括四步電子轉(zhuǎn)移途徑，在水溶液中 OER 的催化循環(huán)如圖 1-3a 所示[31]。由于包括Pt在內(nèi)的金屬通常會(huì)在ORR過程中產(chǎn)生氧化并在OER過程中產(chǎn)生不同類型的表面，因此金屬氧化物在 OER 過程中比純金屬具有更高的催化活性。如圖 1-3b 所示，J. Rossmeisl 等人發(fā)現(xiàn)金屬氧化物在 OER 催化活性和 GO - GOH的火山圖中，氧和羥基之間的吸附能量有一定差異[32]。由于 OH*和 OOH*通常偏好相同類型的吸附位點(diǎn)，因此 OH*和 OOH*相應(yīng)的吸附能是非常相似的。由于水電解中的 OER 活性取決于氧和羥基的吸附能，因此 J. Rossmeisl 等人通過弱化 結(jié)合但增強(qiáng)羥基與催化劑的結(jié)合來提高 OER 工藝的催化活性[33]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3460936