開發(fā)清潔可再生的新能源有助于解決化石燃料的使用帶來的能源危機(jī)、環(huán)境污染等一系列問題。在所有清潔可再生的新能源中,電催化全解水產(chǎn)氫具有成本低、易操作等優(yōu)點(diǎn)。電催化全解水由陽極氧氣析出反應(yīng)（oxygen evolution reaction,OER）和陰極氫氣析出反應(yīng)（hydrogen evolution reaction,HER）兩個(gè)半反應(yīng)構(gòu)成,其中OER因?yàn)榫哂休^高的理論反應(yīng)電位從而極大影響了電催化產(chǎn)氫的大規(guī)模應(yīng)用。尿素氧化反應(yīng)（urea oxidation reaction,UOR）具有較低的理論電位有望成為陽極OER的替代反應(yīng),并且UOR可以凈化工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活廢水,從而達(dá)到生產(chǎn)清潔能源和解決環(huán)境問題雙重目的。然而,UOR電催化劑存在活性較低、反應(yīng)機(jī)理不明確等問題限制著UOR發(fā)展。因此,本論文深入研究了UOR電催化劑的結(jié)構(gòu)、催化活性和機(jī)理,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)出UOR和HER雙功、高活性電催化劑,進(jìn)而面向工業(yè)化要求完成了電催化劑的改性。具體內(nèi)容為:（1）通過水熱-熱還原兩步反應(yīng),在泡沫鎳上合成了MoNi₄合金顆粒負(fù)載到富氧缺陷MoO₂納米... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

尿素制氫直接過程的示意圖

第1章緒論3圖1.2三電極體系電催化水裂解反應(yīng)裝置示意圖1.2.2電化學(xué)尿素氧化反應(yīng)機(jī)理在不同的氧化環(huán)境下，電催化UOR的機(jī)理不盡相同。電催化UOR通常在堿性條件下發(fā)生，產(chǎn)生CO2、N2和H2。但在中性NaCl介質(zhì)中進(jìn)行氧化的產(chǎn)物不僅包含了堿性條件的產(chǎn)物還包含了被氧化的Cl-而產(chǎn)生的Cl2。因此，不同環(huán)境的尿素氧化機(jī)理是不同的，在應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，這種機(jī)理可能會(huì)更加復(fù)雜。1.2.2.1UOR在中性NaCl介質(zhì)中反應(yīng)機(jī)理在中性的NaCl溶液中，Cl-首先被氧化失去電子生成Cl2，Cl2與水發(fā)生歧化反應(yīng)生成HClO和等量的HCl，最后，氧化性較強(qiáng)的HClO將尿素氧化，生成N2、CO2和H+，同時(shí)自身被還原為Cl-。在整個(gè)過程中Cl-的量并沒有發(fā)生明顯的變化，下式展示了在中性NaCl溶液中尿素氧化的基本步驟[13]：Step1:6→32+6Step2:32+32→3+3++3Step3:(2)2+3→2+2+3++3+22總反應(yīng)：(2)2+2→2+2+6++6因?yàn)樵诜磻?yīng)中會(huì)有大量的H+產(chǎn)生，所以反應(yīng)一般需要貴金屬材料作為陽極催化劑。所以在電催化UOR在中性溶液中具有以下缺點(diǎn)：(1)貴金屬材料稀缺，

第1章緒論5雖然這些結(jié)果都證明了許多貴金屬基材料在催化UOR上具有很高的活性，但首先于貴金屬儲(chǔ)量與價(jià)格，以及貴金屬基催化劑的使用范圍等因素，貴金屬基催化劑并不是UOR大規(guī)模催化的最佳候選材料[37,38]。因此，人們將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了儲(chǔ)量豐富并且同樣具有較高活性的過渡金屬催化劑，并發(fā)現(xiàn)了非貴金屬Ni對UOR具有其他金屬難以相媲美的高活性。圖1.3所用電極的掃描電子顯微鏡圖像。(a)裸砂鎳箔;(b)Pt-Ni;(c)Pt-Ir-Ni和(d)Pt-Rh電極的SEM圖片。Pt-Ni電極的表面顯微照片顯示為平坦而破裂的表面，但Pt-Ir和Rh沉積物包含更多的表面特征[21]1.3.2鎳基催化劑1.3.2.1鎳單質(zhì)催化劑鎳單質(zhì)催化劑是結(jié)構(gòu)非常簡單的一種催化劑，單質(zhì)鎳的結(jié)構(gòu)和形貌對于這種材料的催化性能起到了至關(guān)重要的作用。通過產(chǎn)生零維、一維的金屬鎳來增加催化劑比表面積，擴(kuò)大反應(yīng)位點(diǎn)，從而獲得更高的電化學(xué)活性面積[39,40]。Tao[41]利用KBH4作還原劑，得到了極小的Ni納米粒子，極大的提高了材料的比表面積和電化學(xué)活性面積，功率密度達(dá)到了14.2mWcm-2。通過模板法來生產(chǎn)一維納米材料是一個(gè)極具效率的方法，Cao[18]和Botte[20]與他們的同事，分別利用聚碳酸酯(PC)和陽極氧化鋁(AOO)為模板制備了極細(xì)的Ni單質(zhì)一維納米線陣列，這兩


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