【摘要】：隨著環(huán)境污染和化石能源緊缺等問(wèn)題的頻頻沖擊,尋找清潔、可持續(xù)發(fā)展能源來(lái)替代傳統(tǒng)能源具有很大的研究?jī)r(jià)值。氫氣作為一種新能源,因?yàn)榫哂心芰棵芏雀吆腿紵裏o(wú)污染等特點(diǎn),廣受研究人員的關(guān)注,目前被公認(rèn)為最有前景的新能源之一電解水產(chǎn)氫是制備氫氣的有效途徑之一,也是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和能量存儲(chǔ)的重要過(guò)程。然而,這一過(guò)程卻受到了電解水陽(yáng)極析氧反應(yīng)(OER)過(guò)程的嚴(yán)重制約,原因是OER過(guò)程是一個(gè)四電子反應(yīng)過(guò)程,其反應(yīng)需要很高的電勢(shì)來(lái)克服其中所需的反應(yīng)能壘。因此尋找合適的催化劑來(lái)加快這一反應(yīng),從而加快全解水進(jìn)程,具有重大研究意義。眾所周知,貴金屬材料Ir、Ru及其金屬氧化物具有很好的電解水催化性能,但由于其價(jià)格昂貴,儲(chǔ)量不足等特點(diǎn)大大限制了其廣泛應(yīng)用的可能。過(guò)渡金屬元素Co、Ni作為典型的非貴金屬材料,在用于電解水催化劑方面具有巨大的潛力,且其儲(chǔ)量豐富,價(jià)格低廉,近年來(lái)一直被科研工作者廣泛研究,并取得了較大的進(jìn)展。ZIF-67作為金屬-有機(jī)框架(MOFs)基材料的一種,擁有比表面積大,多孔性等特點(diǎn)。重要的是,ZIF-67中的金屬元素是鈷,是較好的電解水催化材料,但由于純ZIF-67導(dǎo)電性差,使其催化活性大打折扣。因此,需要對(duì)ZIF-67做出進(jìn)一步修飾改性來(lái)提高其催化活性。本論文以含有過(guò)渡金屬元素鈷的ZIF-67為前驅(qū)體和結(jié)構(gòu)模板,通過(guò)進(jìn)一步改進(jìn),得到了具有高效OER催化性能的催化劑。具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)通過(guò)常溫液相合成法制備出ZIF-67,用其作為前驅(qū)體和結(jié)構(gòu)模板,在惰性氣體的保護(hù)下,通過(guò)兩步高溫退火處理得到鈷/碳氮復(fù)合材料(Co/NC),接著將Co/NC與硫粉充分混合,再次煅燒,得到碳包覆、氮摻雜的二硫化鈷/碳氮(CoS2/NC)納米復(fù)合材料,CoS2/NC納米復(fù)合材料在導(dǎo)電性、親水性、催化活性和穩(wěn)定性方面都得到很大提升。同時(shí)我們探索了前驅(qū)物ZIF-67的尺寸大小和Co/NC與S的最佳比例來(lái)得到最優(yōu)的催化劑。并將CoS2/NC納米復(fù)合材料與普通塊狀CoS2作了對(duì)比。一系列的表征尤其是X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜(XAFS)被用來(lái)更深入地探究了CoS2/NC納米復(fù)合材料的電子結(jié)構(gòu)和配位環(huán)境,解釋了其超高催化活性的內(nèi)在原因。(2)通過(guò)常溫液相合成法制備出ZIF-67作為前驅(qū)體和結(jié)構(gòu)模板,并引入鈷源,將其分別通過(guò)原位生長(zhǎng)法、超聲法和水熱法與Ni(N03)2·6H20反應(yīng)生成Co-Ni層狀雙金屬氫氧化物(LDH)納米籠復(fù)合材料,獲得了在納米籠表面長(zhǎng)片狀LDH結(jié)構(gòu)的催化劑。對(duì)其進(jìn)行催化活性的表征,得出原位生長(zhǎng)法獲得的樣品催化活性最好,在此基礎(chǔ)上,我們探究了 Co與Ni的最佳比例,最佳樣品表現(xiàn)出了優(yōu)異的OER催化性能。通過(guò)一系列的結(jié)構(gòu)表征,初步確定Co-Ni LDH的結(jié)構(gòu)。這一部分工作為制備LDH結(jié)構(gòu)的催化劑提供一種新的研究思路。
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TQ426;TQ116.2;TB33
【圖文】：

化物引起的酸雨都對(duì)人類(lèi)的生活產(chǎn)生了極大的威脅。傳統(tǒng)的能源，煤、石油、天然逡逑氣屬于不可再生能源，隨著使用量的增加，總量也在一天天的減少，這些能源也終逡逑有用盡的一天ｔｍ，圖１．１給出了各化石燃料的使用年限的預(yù)估圖［３］，我們可以清楚逡逑地看到，以目前的消耗速度，在不久的將來(lái)，這些燃料將面臨枯竭。這些現(xiàn)狀迫使逡逑人們采取急切的措施，尋找清潔、經(jīng)濟(jì)可行的可替代能源來(lái)取代化石燃料。逡逑ｗｍ．逡逑２２５５邋邐ｍｒ－逡逑２２０５邋邐W －逡逑忒２３５５邐Ｈ邐ｍ逡逑ｉ逡逑２１０５邐：—－逡逑２０５５邋邐Ｆ］—邋—ｎ——Ｉ－逡逑ｎ逡逑＿＿＿＿＿邐＿＿＿＿＿邐Ｉ邐．邋■邐’邐Ｉ邐：’邐＇邋＇邐■逡逑５袖天然氣邋謀邐銪邋太Ｅ能逡逑圖ｕ各化石燃料使用年限預(yù)估圖ｍ逡逑太陽(yáng)能、風(fēng)能屬于豐富，易得的可再生能源，但其大規(guī)模應(yīng)用卻受到了分布不逡逑均及間歇式等特點(diǎn)的嚴(yán)重阻礙，通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)可再生能源的轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)便逡逑很好的克服了這些問(wèn)題，從而可以實(shí)現(xiàn)能源隨時(shí)隨地取用的可能＞６ｉ。金屬－空氣電逡逑池、燃料電池、電解水等都能實(shí)現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)。而析氧反應(yīng)（ＯＥＲ）又是它們逡逑關(guān)鍵的半反應(yīng)，因此處理好ＯＥＲ反應(yīng)對(duì)實(shí)現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)具有重大意義。逡逑氫是元素周期表中最輕的元素，因此氫氣具有任何化學(xué)物質(zhì)都沒(méi)有的最高能量逡逑密度這也是它用于火箭燃料的原因

－有機(jī)框架（ＭＯＦｓ）基材料在析氧反應(yīng)（ＯＥＲ）催化劑反應(yīng)（ＯＥＲ）的簡(jiǎn)述逡逑于電解水的陽(yáng)極反應(yīng)，這個(gè)反應(yīng)包含了質(zhì)子耦合的四電子，理論上，這個(gè)反應(yīng)需要１．２３邋Ｖ的外加電壓來(lái)推動(dòng)它的進(jìn)一步反應(yīng)都需要額外的活化能才能推動(dòng)它的進(jìn)行，因此，的過(guò)電勢(shì)，它的動(dòng)力學(xué)過(guò)程十分緩慢，是電催化全解水的ＥＲ）也是金屬－空氣電池、燃料電池的關(guān)鍵半反應(yīng)，尋找合反應(yīng)的能壘對(duì)電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程意義非凡，也對(duì)科研工作者屬材料Ｉｒ、Ｒｕ及其氧化物對(duì)電催化分解水有很好的催化效，近年來(lái)，人們也發(fā)現(xiàn)了很多新的非貴金屬材料，對(duì)電解，圖１．３是根據(jù)對(duì)析氧反應(yīng)（ＯＥＲ）催化劑材料的比較得到…二…？“二？NB邋？二…？“一逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 王天龍;張燕;王新紅;馮鈉;曲敏杰;;類(lèi)沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)的研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2015年11期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 趙慎龍;MOFs及其衍生物的制備與電催化性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

本文編號(hào)：2728309