能源需求的增加以及隨之而帶來的環(huán)境污染問題,正促使科學(xué)家們開發(fā)可持續(xù)的、環(huán)境友好型的替代能源,以代替不斷消耗的不可再生資源（化石燃料）。氫作為一種可再生的清潔能源,由于其高的質(zhì)量能量密度和環(huán)境友好性,已被提議作為未來燃料的最有希望的候選者。為此,電化學(xué)水分解被認(rèn)為是生產(chǎn)氫氣的清潔且有效的方法。氫氣的可普及和可持續(xù)生產(chǎn)需要用于氫氣析出反應(yīng)（HER）的高效且低成本的電催化劑。在這篇論文中,我們總結(jié)了兩種廉價(jià)易得且催化性能優(yōu)秀的催化劑,并討論了對HER的理論理解和機(jī)理分析。其一是自支撐型磷化鎳基催化劑。以不同處理方式的泡沫鎳（NF）為自支撐基底,六水合硝酸鎳為鎳源,加對苯二甲酸（BDC）和N,N-二甲基甲酰胺（DMF）合成出負(fù)載于NF上的Ni-MOF材料,然后經(jīng)過高溫碳化和低溫磷化最終得到Ni₂P/C納米復(fù)合材料。不同的NF處理方式導(dǎo)致其上納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)不同從而引起析氫性能的差異:未加NF的Ni₂P呈現(xiàn)片層無方向性堆積;經(jīng)醇酸刻蝕后的NF,Ni₂P呈現(xiàn)針刺狀生長;通過醇酸刻蝕和高溫焙燒表面鈍化后的NF,Ni₂

【文章來源】：青島科技大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

生產(chǎn)和利用氫能的可持續(xù)途徑

磷化MOF復(fù)合衍生物及多孔碳材料在電催化反應(yīng)中的應(yīng)用4移動(dòng)，而不會(huì)向左或向右移動(dòng)。具體來說，在堿性溶液中，大多數(shù)金屬催化劑上的HER交換電流密度比酸性電解液中的小兩到三個(gè)數(shù)量級。造成這種次等催化活性的最重要原因之一，是堿性HER的進(jìn)行是通過與酸性溶液不同的途徑來完圖1-3.在酸性（左）和堿性（右）溶液中，氫在電極表面上逸出的機(jī)理。Fig.1-3.Mechanismofhydrogenevolutiononthesurfaceofanelectrodeinacidic(left)andalkaline(right)solutions.成。由于缺乏H+，堿性介質(zhì)中的HER從解離H2O分子以提供質(zhì)子開始，該過程涉及堿性HER的Volmer步驟（方程式（5））和Heyrovsky步驟（方程式（6）），Tafel步驟與酸性溶液中的步驟相同[22]。整個(gè)反應(yīng)過程如式（7）所示，該反應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)氫電極（SHE）的E0為-0.826VH2O+e-→H*+OH-(5)H*+H2O+e-→OH-+H+(6)2H2O+2e-→2OH-+H+(7)由于需要額外的能量才能在堿性介質(zhì)中生成質(zhì)子，因此大多數(shù)催化劑的HER動(dòng)力學(xué)反應(yīng)在堿性電解質(zhì)中都更加緩慢。據(jù)報(bào)道，堿性HER的活性受ΔGH*和分解H2O所需能量之間的微妙平衡來控制。但是，包括水合解離過程在內(nèi)的各種HER催化劑（MoS2和Co2P）都不適合。因此，在保持適度的氫吸附能的同時(shí),促進(jìn)水解離過程是設(shè)計(jì)有效的堿性HER催化劑的有用策略[23]。1.2.2電解水析氫的性能參數(shù)過電位：根據(jù)能斯特方程，在標(biāo)準(zhǔn)條件下，以正常氫電極（NHE）為參考的HER的能斯特電勢為零。但是，實(shí)際的HER過程付出需要更大的努力，以克服由某些不利問題（例如高活化能和較差的能源效率）引起的動(dòng)力學(xué)阻礙。能斯特電勢（EHER）與驅(qū)動(dòng)HER所需的電勢之間的差是催化劑的相應(yīng)超電勢（η）。因此，施加的電勢（E）可以表示為E=EHER+η14[24]。同時(shí)，不可避免的電阻（Rs）

青島科技大學(xué)研究生學(xué)位論文7了基于密度泛函理論（DFT）來計(jì)算ΔGH*值的合理方法。通過對HER過程（氫吸附-還原-解吸）過程中在電催化劑表面形成的中間體進(jìn)行建模，可以通過ΔGH*=ΔEH*+ΔEZPE-TΔS來獲得ΔGH*值，其中ΔEH*可以通過計(jì)算分離H2作為參考狀態(tài)，并且可以通過振動(dòng)頻率計(jì)算獲得吸附的H*和分離的H2的零點(diǎn)能量變化（ΔEZPE）[33]。1.3電解水析氫催化劑1.3.1貴金屬基催化劑鉑：如圖1-4中的火山曲線所示，與其他金屬相比，位于火山曲線頂點(diǎn)附近的鉑族金屬（包括Pt，Pd，Ru，Ir和Rh的PGM）顯示出優(yōu)異的HER催化性能。PGM顯示出最合適的氫吸附自由能，接近于零，使其成為出色的HER電催化劑。Pt大約位于火山的頂峰，是HER的最有效電催化劑，同時(shí)具有“準(zhǔn)零”是起始電位和小的Tafel斜率。正如Sabatier原理所解釋的那樣，中間的MH鍵強(qiáng)度表明了最佳的吸附以及Pt表面氫的解吸，導(dǎo)致Pt作為HER催化劑的催化效率很高[34]。圖1-4.（A）在Langmuir吸附模型的假設(shè)下，j0和ΔGH*之間的關(guān)系。（B）在酸性介質(zhì)中，各種金屬，合金化合物和非金屬材料表面上HER的j0對ΔGH*的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]銅原位改性HMS材料的表征及抗菌性能[J]. 陳君華,王飛,程年壽,丁志杰,伏再輝,銀董紅.  無機(jī)材料學(xué)報(bào). 2009(04)



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