化石燃料的日益枯竭和由此引起的環(huán)境問(wèn)題激發(fā)了對(duì)包括氫能在內(nèi)的新能源方式的深入研究。作為化石燃料最有前途的替代品之一,氫氣具有高的能量密度和對(duì)環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn),因此引起了人們的廣泛關(guān)注。電解水制氫一直以來(lái)被認(rèn)為是從水分子中提取氫能最具吸引力的途徑之一,它包括析氫（2H⁺+2e^-→H₂）和析氧（2H₂O→O₂+4H⁺+4e^-）的兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)。理論上來(lái)說(shuō),在電化學(xué)裝置中于常溫常壓下只需在陽(yáng)極和陰極之間施加1.23 V的電壓即可使水完全轉(zhuǎn)化為氫氣。然而,為了克服實(shí)際電化學(xué)反應(yīng)中緩慢的動(dòng)力學(xué)過(guò)程,實(shí)際操作的水的電解電壓往往比理論值更大,通常把高出理論值的部分稱之為過(guò)電勢(shì)。電催化劑可以降低水分解反應(yīng)的活化能與相應(yīng)的過(guò)電勢(shì),提高電解水的制氫效率。Pt、Ru等貴金屬顆粒被認(rèn)為是最常見(jiàn)的高催化活性材料,然而其高昂成本嚴(yán)重限制了它們?cè)诠I(yè)上的廣泛應(yīng)用。因此,開(kāi)發(fā)以非貴金屬為基礎(chǔ)的高活性材料是未來(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)制氫的有效手段。本論文以一維Co_x

【文章來(lái)源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁(yè)數(shù)】：52 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

電催化分解水示意圖

因此研究具有低過(guò)電勢(shì)的高效催化劑對(duì)于分解水的析氫和。制氫反應(yīng)機(jī)理 表示的是 HER 反應(yīng)機(jī)理，反應(yīng)的電解質(zhì)為酸性[15, 16]。圖Volmer（放電）反應(yīng)發(fā)生的第一步。溶液中的水合氫離子一個(gè)電子結(jié)合在催化劑的活性位點(diǎn)處形成氫吸附中間體（：O++e-→Hads+H2O（酸性電解液） （1-5O+e-→ MHads+ OH-（中性或堿性電解液） （1-6

圖 1-3 氫析出反應(yīng)的交換電流密度與 M-H 吸附鍵強(qiáng)度的關(guān)系[203 表示的是在 HER 過(guò)程中產(chǎn)生 H2的電流密度和 M-H 成鍵間位置具有最強(qiáng)的電流密度，所以鉑的催化性能最佳。對(duì)屬，Tafel 復(fù)合脫附步驟是其控速步。左邊的 Co、Ni 等金鍵，更容易形成 M-H 鍵，所以這類金屬析氫反應(yīng)的控速步。位于鉑系右邊的金屬具有較大的 M-H 鍵能，使得 M-H 鍵，這些金屬材料參與反應(yīng)時(shí)反應(yīng)的快慢是由 Heyrovsky 反應(yīng)催化產(chǎn)氧（OER）機(jī)理反應(yīng)是水電解的其中一個(gè)反應(yīng)，研究者們對(duì)酸性或堿性條件不同的機(jī)理，但是這些機(jī)理并非完全不同[21, 22]。從圖 1-4 可成相同的中間體 MOH、MO 和 MOOH。在反應(yīng)過(guò)程中陽(yáng)極催氧根結(jié)合形成 MOH（1-10 和 1-15）。MOH 與 OH-結(jié)合轉(zhuǎn)化為中間體 MO 可以通過(guò)兩種形式形成氧氣，兩個(gè) MO 可以直


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