氫氣熱值高、綠色環(huán)保,是一種理想的燃料,在石油化工、新能源汽車領(lǐng)域有很好的優(yōu)勢(shì)。不同于太陽(yáng)能、風(fēng)能、電能,氫能不受地域和環(huán)境因素影響,易于攜帶和儲(chǔ)存。固體聚合物電解質(zhì)水電解槽（Solid Polymer Electrolyte Water Electrolyzer,SPEWE）由于具有效率高、產(chǎn)品純度高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是一種實(shí)用價(jià)值高的制氫方法。但是,由于陽(yáng)極催化劑主要使用Ir、Ru等貴金屬成本和儲(chǔ)量的限制,使得這個(gè)電解系統(tǒng)的成本大大提升。本文主要以提高IrO₂的催化活性和穩(wěn)定性方面著手,致力于降低Ir的用量和提高催化劑的使用壽命。本文研究了三維有序結(jié)構(gòu)的IrO₂和IrO₂載體對(duì)催化劑催化活性和穩(wěn)定性的提升。實(shí)驗(yàn)通過使用無(wú)乳液聚合法制備了PMMA微球,同過在重力條件下制得PMMA模板。并且使用氨水和IrCl₄制備相應(yīng)的前驅(qū)體溶膠,合成了3-DOM IrO₂催化劑。并比較了氨水的加入對(duì)3-DOM結(jié)構(gòu)的影響。同時(shí),利用Na₂SnO₃

【文章來(lái)源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：79 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

不同催化劑的OER催化活性和價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化焓曲線

5和RuO2的相應(yīng)的過電位比金屬更低。這是由于催化劑的表面與O結(jié)合較弱，但與羥基(HO*)有較強(qiáng)的結(jié)合。并且建立了金紅石氧化物表面O*結(jié)合能與其他兩種與水的氧化有關(guān)的結(jié)合能(HO*和HOO*)呈線性關(guān)系，如圖1-2。根據(jù)這種相應(yīng)的結(jié)合能之間關(guān)系，可以通過火山曲線來(lái)描述氧析出的趨勢(shì)。與金屬間的類似關(guān)系相比，氧化物之間的關(guān)系發(fā)生了位移。同時(shí)，指出可能存在催化劑擁有比RuO2更好的OER活性，為合理設(shè)計(jì)陽(yáng)極提供了新的可能性。Rasiyah和Tseung[5]將催化劑的活性和中間產(chǎn)物中的金屬離子的價(jià)態(tài)相結(jié)合，并認(rèn)為氧化物催化劑的陽(yáng)離子的價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化能力，對(duì)催化劑的催化活性有著至關(guān)重要的作用。C.G.Smith等[6]研究表明，OER過程起始析氧電位必須要大于催化劑中陽(yáng)離子的低價(jià)態(tài)向高價(jià)態(tài)相互轉(zhuǎn)化的平衡電位。同時(shí)，起始電位比相應(yīng)的平衡電位大的越多，催化劑的活性越好。Ir3+/Ir4+的平衡電位為0.93V，而Ru3+/Ru4+的平衡電位為0.94V。所以Ir和Ru具有良好的OER催化活性。圖1-2，OER過程電子轉(zhuǎn)移的理論活性與氧結(jié)合能的曲線[4]。Fig1-2Thetheoreticalactivityofthefourchargetransferringstepsofoxygenevolutionisdepictedasfunctionoftheoxygenbindingenergy

61.2水電解槽的種類和優(yōu)缺點(diǎn)1789年，Troostwijk和Deinum通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水電解過程。這個(gè)實(shí)驗(yàn)與Galvani的蛙腿痙攣實(shí)驗(yàn)和Volta的電池被認(rèn)為是電化學(xué)的三大奠基事件[7]。經(jīng)過幾百年的發(fā)展，水電解技術(shù)也取得巨大的進(jìn)步，被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域�，F(xiàn)在，被使用的電解槽主要分為三類：堿性電解池，固體氧化物電解池和固體聚合物水電解池，電解槽的電解效率也有了一定的提升。1.2.1堿性電解池圖1-3堿性水電解示意圖Fig1-3Schematicdiagramofalkalinewaterelectrolysis堿性水電解是發(fā)展時(shí)間最長(zhǎng)、技術(shù)最完善的、產(chǎn)氫最廉價(jià)的水電解技術(shù)。在全球范圍廣泛推廣的技術(shù)，已達(dá)到兆瓦級(jí)水平。堿性水電解槽主要由五部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1-3所示，包括：電源、電解液、陰極、陽(yáng)極和隔膜。電解液主要是濃度較高的堿性溶液，電解槽的工作溫度相對(duì)較低，電解槽內(nèi)的壓力較高，但是一般小于3000KPa。隔膜是為了防止氫氣和氧氣混合，可以提高制備氣體的純度，防止氣體混合帶來(lái)的安全隱患。不僅如此，隔膜要允許水分子和氫氧離子通過。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]固體氧化物燃料電池（SOFC）制備方法的研究進(jìn)展[J]. 趙蘇陽(yáng),胡樹兵,鄭扣松,肖建中.  材料導(dǎo)報(bào). 2006(07)
[2]固體氧化物燃料電池陽(yáng)極材料研究及其在高溫水電解制氫方面的應(yīng)用[J]. 張文強(qiáng),于波,張平,陳靖,徐景明.  化學(xué)進(jìn)展. 2006(06)
[3]鈮酸/氧化鈮在多相催化反應(yīng)中的應(yīng)用[J]. 李應(yīng)成,岳斌,楊為民,謝在庫(kù),陳慶齡,閆世潤(rùn),賀鶴勇.  化學(xué)通報(bào). 2005(03)
[4]電解水制氫技術(shù)進(jìn)展[J]. 倪萌,M.K.H.Leung,K.Sumathy.  能源環(huán)境保護(hù). 2004(05)

博士論文
[1]銥基氧析出催化劑的制備與電化學(xué)性質(zhì)研究[D]. 胡瑋.武漢大學(xué) 2012

碩士論文
[1]Nb和Ta改性SnO2基固溶體催化劑的CO氧化性能研究[D]. 韓雪.南昌大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3549487