在現(xiàn)有的能源發(fā)展格局中,石油、煤炭、天然氣等傳統(tǒng)化石能源仍占據(jù)主導地位,但伴隨著傳統(tǒng)化石燃料儲產(chǎn)比逐年降低,以及其消耗隨之而來的環(huán)境污染問題的逐年加劇,尋找各種綠色、新能源以替代化石燃料已受到世界各國的高度關(guān)注。氫能、太陽能、風能、潮汐能等可再生能源已經(jīng)備受關(guān)注并被廣泛研究,其中氫能由于具有高熱值、高能量密度以及儲量豐富等特點而被視為最理想的能源載體。目前工業(yè)中制氫的途徑主要有甲烷蒸汽重整、煤氣化過程以及水分解,前兩種方式需要消耗化石燃料來實現(xiàn),因此依然會導致環(huán)境及能源問題。而水分解制氫經(jīng)濟、環(huán)保因此被大規(guī)模研究,其中電解水制氫可由各種可再生清潔能源來實現(xiàn),如通過風電、水電、核電等電解水制氫,制備所得高純氫可用于供給燃料電池等終端能源用戶,并且其燃燒產(chǎn)物只有水,而非二氧化碳等溫室氣體,從而完成一個閉合的氫循環(huán),使得氫經(jīng)濟的推行成為可能。而電解水制氫需要利用高效的析氫催化劑來降低反應(yīng)過程中的能量勢壘,以提高能源轉(zhuǎn)換效率。傳統(tǒng)使用的Pt系貴金屬催化劑雖然具有優(yōu)良的電催化活性,但產(chǎn)量不足、價格昂貴無法推廣。因此,開發(fā)儲量豐富、價格低廉、易于制備并且具有良好催化活性的電解水陰極析氫催化材料成為...

【文章頁數(shù)】：145 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 電解水概述
        1.2.1 電解水基本原理
        1.2.2 析氧反應(yīng)
        1.2.3 析氫反應(yīng)
        1.2.4 HER催化劑性能評估方法
    1.3 過渡金屬在電催化產(chǎn)氫領(lǐng)域的應(yīng)用
        1.3.1 過渡金屬硫化物
        1.3.2 過渡金屬硒化物
        1.3.3 過渡金屬磷化物
        1.3.4 過渡金屬氮化物
    1.4 電催化產(chǎn)氫催化活性的改善機制
        1.4.1 納米化
        1.4.2 負載
        1.4.3 摻雜
        1.4.4 表面態(tài)調(diào)控
    1.5 本論文的研究思路
        1.5.1 研究意義
        1.5.2 研究內(nèi)容
第二章 實驗設(shè)計
    2.1 研究路線
    2.2 實驗試劑及耗材
    2.3 實驗儀器及設(shè)備
    2.4 催化劑構(gòu)筑方法
        2.4.1 靜電紡絲
        2.4.2 高溫還原、氮化
        2.4.3 硬模板法
        2.4.4 水熱法
        2.4.5 金屬置換
    2.5 材料表征技術(shù)
        2.5.1 物相及組成表征技術(shù)
        2.5.2 形貌表征技術(shù)
        2.5.3 其他表征技術(shù)
    2.6 電化學性能測試
第三章 析氫催化劑的納米化及其在碳載體中的有效固定
    第一節(jié)：納米過渡金屬磷化物在碳纖維中有效負載的普適方法
        3.1.1 引言
        3.1.2 實驗部分
            3.1.2.1 M_xP@NPCNFs材料制備
            3.1.2.2 電化學測試
            3.1.2.3 產(chǎn)氫率測試
        3.1.3 結(jié)果與討論
            3.1.3.1 材料合成與表征
            3.1.3.2 Ni₂P@NPCNFs復合催化劑的催化性能
            3.1.3.3 Fe₂P@NPCNFs,Co₂P@NPCNFs,和 Cu₃P@NPCNFs拓展制備
        3.1.4 結(jié)論
    第二節(jié)：負載型MoN納米點析氫催化活性位點最大化暴露機制
        3.2.1 引言
        3.2.2 實驗部分
            3.2.2.1 二氧化硅(SiO₂)納米球的制備
            3.2.2.2 MoN@NPCNCs,MoN@NPCNFs以及塊體狀MoN的制備
            3.2.2.3 電化學測試
            3.2.2.4 產(chǎn)氫率測試
        3.2.3 結(jié)果與討論
            3.2.3.1 催化劑物理表征
            3.2.3.2 催化性能研究
        3.2.4 結(jié)論
第四章 晶體缺陷與織構(gòu)雙重調(diào)控：三元Ni_xCo_3-xS₄空心納米管
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 Ni_xCo_3-xS₄/CC催化劑制備
        4.2.2 Ni_xCo_3-xS₄/CC工作電極制備
        4.2.3 Ni_xCo_3-xS₄/CC產(chǎn)氫率測試
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 Ni_xCo_3-xS₄/CC物理表征
        4.3.2 Ni_xCo_3-xS₄/CC催化性能
    4.4 結(jié)論
第五章 催化劑表面態(tài)調(diào)控對其電催化性能的影響
    第一節(jié) ：表面P富集對MoP/碳纖維電催化性能的影響
        5.1.1 引言
        5.1.2 實驗部分
            5.1.2.1 計算方法
            5.1.2.2 MoP@NPCNFs的制備
            5.1.2.3 電化學測試
        5.1.3 結(jié)果與討論
            5.1.3.1 DFT計算MoP(001)晶面終止方式對析氫性能影響
            5.1.3.2 實驗設(shè)計及材料表征
            5.1.3.3 催化性能對比
        5.1.4 結(jié)論
    第二節(jié) ：表面貴金屬Rh修飾對NiSe電催化性能的影響
        5.2.1 引言
        5.2.2 實驗部分
            5.2.2.1 NiSe/NF以及NiSe-Rh/NF的制備
            5.2.2.2 電極制備
        5.2.3 結(jié)果與討論
            5.2.3.1 NiSe/NF以及NiSe-Rh/NF的物理表征
            5.2.3.2 NiSe/NF以及NiSe-Rh/NF催化性能
        5.2.4 結(jié)論
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻
攻讀博士學位期間的研究成果
致謝



本文編號：3751323