化石燃料的日益枯竭和由此引起的環(huán)境問題激發(fā)了對包括氫能在內(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環(huán)境友好的優(yōu)點,因此引起了人們的廣泛關(guān)注。電解水制氫一直以來被認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^-）的兩個化學(xué)反應(yīng)。理論上來說,在電化學(xué)裝置中于常溫常壓下只需在陽極和陰極之間施加1.23 V的電壓即可使水完全轉(zhuǎn)化為氫氣。然而,為了克服實際電化學(xué)反應(yīng)中緩慢的動力學(xué)過程,實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電勢。電催化劑可以降低水分解反應(yīng)的活化能與相應(yīng)的過電勢,提高電解水的制氫效率。Pt、Ru等貴金屬顆粒被認為是最常見的高催化活性材料,然而其高昂成本嚴重限制了它們在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。因此,開發(fā)以非貴金屬為基礎(chǔ)的高活性材料是未來實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)制氫的有效手段。本論文以一維Co_x

【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：52 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

電催化分解水示意圖

因此研究具有低過電勢的高效催化劑對于分解水的析氫和。制氫反應(yīng)機理 表示的是 HER 反應(yīng)機理，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電子結(jié)合在催化劑的活性位點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 吸附鍵強度的關(guān)系[203 表示的是在 HER 過程中產(chǎn)生 H2的電流密度和 M-H 成鍵間位置具有最強的電流密度，所以鉑的催化性能最佳。對屬，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)時反應(yīng)的快慢是由 Heyrovsky 反應(yīng)催化產(chǎn)氧（OER）機理反應(yīng)是水電解的其中一個反應(yīng)，研究者們對酸性或堿性條件不同的機理，但是這些機理并非完全不同[21, 22]。從圖 1-4 可成相同的中間體 MOH、MO 和 MOOH。在反應(yīng)過程中陽極催氧根結(jié)合形成 MOH（1-10 和 1-15）。MOH 與 OH-結(jié)合轉(zhuǎn)化為中間體 MO 可以通過兩種形式形成氧氣，兩個 MO 可以直


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