面對化石燃料的迅速枯竭和隨之導(dǎo)致的環(huán)境污染等日益嚴(yán)峻的問題,發(fā)展清潔和可持續(xù)的替代能源迫在眉睫。氫能具有非常高的能量密度且燃燒產(chǎn)物無污染,是傳統(tǒng)化石能源最為理想的替代品之一。在各種制氫途徑中,工藝相對簡單的電解水制氫技術(shù)被認(rèn)為是當(dāng)前最有實(shí)際應(yīng)用前景的可再生能源轉(zhuǎn)化技術(shù)之一。電解水技術(shù)能夠大規(guī)模地制備高純度的氫氣,它涉及兩個分別發(fā)生在陽極和陰極上的半反應(yīng),即氧氣析出反應(yīng)(OER)和氫氣析出反應(yīng)(HER)。目前,鉑(Pt)及其化合物是性能最好的HER電催化劑,而貴金屬氧化物(RuO₂/IrO₂)則是性能最好的OER電催化劑,然而,其高昂的價格和較低的儲量卻在很大程度上制約了其實(shí)際應(yīng)用價值。因此,設(shè)計(jì)并制備高效、低成本且儲量豐富的非貴金屬基電解水電催化劑具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本論文從設(shè)計(jì)高效的非貴金屬電催化劑和對催化劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)及形貌的修飾與調(diào)控以提高催化劑的本征催化活性等角度出發(fā)設(shè)計(jì)了如下幾種高效的電解水電催化劑:(1)通過可控的磷摻雜技術(shù)制備了負(fù)載在泡沫鎳上的磷原子摻雜的Co₃O₄納米線陣列(P-Co...

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 前言
    1.2 電解水基本原理
        1.2.1 氫氣析出反應(yīng)機(jī)理
        1.2.2 氧氣析出反應(yīng)機(jī)理
        1.2.3 電化學(xué)水分解
    1.3 電解水的關(guān)鍵電化學(xué)參數(shù)
        1.3.1 過電勢
        1.3.2 塔菲爾斜率
        1.3.3 穩(wěn)定性
        1.3.4 電化學(xué)活性面積
        1.3.5 轉(zhuǎn)換頻率
        1.3.6 法拉第效率
    1.4 電解水催化劑的研究進(jìn)展
        1.4.1 過渡金屬
        1.4.2 過渡金屬氧化物
        1.4.3 過渡金屬氫氧化物/羥基氧化物
        1.4.4 過渡金屬硫族化合物
        1.4.5 過渡金屬氮化物
        1.4.6 過渡金屬磷化物
        1.4.7 過渡金屬硼化物
        1.4.8 過渡金屬碳化物
    1.5 電解水催化劑性能提升策略
        1.5.1 形貌設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)調(diào)控
        1.5.2 組分調(diào)控與異原子摻雜
        1.5.3 表界面效應(yīng)
        1.5.4 缺陷調(diào)控
    1.6 本論文的研究意義和研究內(nèi)容
第二章 實(shí)驗(yàn)方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
    2.2 實(shí)驗(yàn)儀器
    2.3 材料形貌及結(jié)構(gòu)表征
        2.3.1 X射線衍射儀
        2.3.2 掃描電子顯微鏡
        2.3.3 透射電子顯微鏡
        2.3.4 X射線光電子能譜儀
        2.3.5 拉曼光譜儀
        2.3.6 元素分析儀
        2.3.7 比表面積分析儀
        2.3.8 熱重分析儀
        2.3.9 電子順磁共振波譜儀
        2.3.10 同步輻射光源
    2.4 材料的電化學(xué)性能測試
        2.4.1 OER測試方法
        2.4.2 HER測試方法
        2.4.3 ORR測試方法
        2.4.4 交流阻抗測試
        2.4.5 雙電層電容的測試
        2.4.6 轉(zhuǎn)換頻率的測試
        2.4.7 材料穩(wěn)定性的測試
        2.4.8 材料法拉第效率測試
        2.4.9 鋅空氣電池性能的測試
第三章 磷原子摻雜的Co₃O₄納米催化劑的制備及其電解水催化性能的研究
    3.1 引言
    3.2 P-Co₃O₄/NF材料的制備過程
    3.3 工作電極的制備和測試
    3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
    3.5 本章小結(jié)
第四章 富含缺陷的氮摻雜Co₃O₄/C多孔納米立方體用作高效雙功能氧氣電催化劑
    4.1 引言
    4.2 N-Co₃O₄@NC材料的制備過程
    4.3 工作電極的制備和測試
    4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
    4.5 本章小結(jié)
第五章 NiTe₂納米陣列的制備及其氧氣析出反應(yīng)催化性能的研究
    5.1 引言
    5.2 NiTe₂/TM材料的制備過程
    5.3 工作電極的制備和測試
    5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
    5.5 本章小結(jié)
第六章 原位生長在泡沫鎳上的碲化鎳納米片陣列的制備及其氧氣析出反應(yīng)催化性能的研究
    6.1 引言
    6.2 NiTe/NF催化劑的制備過程
    6.3 工作電極的制備和測試
    6.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
    6.5 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間的研究成果
致謝



本文編號：3926915