氫氣由于其好的環(huán)境兼容性、可再生性以及高的能量密度,被認(rèn)為是一種最吸引人的能源載體。當(dāng)前,水裂解被認(rèn)為是一種最有效的析氫手段。析氫反應(yīng)中,催化劑能夠有效地降低析氫過電位,從而降低析氫成本,所以析氫催化劑的研究吸引了越來越多的關(guān)注。在各種各樣的催化劑當(dāng)中,過渡金屬磷化物具有類似貴金屬的性質(zhì),被稱為準(zhǔn)鉑催化劑,是一類非常有潛力的析氫催化劑。但由于過渡金屬磷化物的電子導(dǎo)電性比較差、活性位點(diǎn)有限,所以其析氫活性并不理想。本文首先采用Na OH活化前驅(qū)體來制造缺陷,使材料暴露更多的活性位點(diǎn),以此來改善過渡金屬磷化物的性能。然后將前驅(qū)體和富勒醇以及富勒烯進(jìn)行復(fù)合,通過改善復(fù)合材料的電子導(dǎo)電性來提高電極材料的催化活性。最后通過一體化電極的制備,來簡(jiǎn)化電極的制備步驟,同時(shí)改善電極的循環(huán)壽命。（1）成功合成了富含缺陷的Al摻雜的Co-P材料,采用Na OH活化處理前驅(qū)體Co-Al層狀雙氫氧化物,Na OH并沒有改變前驅(qū)體的結(jié)構(gòu),只是起到了局部刻蝕作用。另外,活化處理使磷化產(chǎn)物表面粗糙度變大,缺陷增多,從而使材料暴露出更多的活性位點(diǎn),因而具有更高的催化活性。電化學(xué)性能測(cè)試表明,經(jīng)Na OH活化的P-Na-... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：144 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

工業(yè)上三種常用的產(chǎn)氫方式：甲烷蒸汽重組、煤氣化和水電解[1]

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文4陽(yáng)極：2HO-→1/2O2+H2O+2e-陰極：2H2O+2e-→2HO-+H2當(dāng)中性水作為電解質(zhì)時(shí)，首先是水分子(H2O)的電離，產(chǎn)生一定濃度的氫離子(H+)和氫氧根離子(OH-)，具體反應(yīng)如下：陽(yáng)極：2HO-→1/2O2+H2O+2e-陰極：2H++2e-→H2相比與酸性溶液和堿性溶液，中性條件下水電解一般不會(huì)有副反應(yīng)發(fā)生，所以產(chǎn)物會(huì)更純。圖1-2電解水基本裝置及原理示意圖[22]Figure1-2Basicinstallationandschematicdiagramofelectrolyzingwater[22]水開始分解時(shí)的電勢(shì)設(shè)為E0，在標(biāo)準(zhǔn)溫度(25oC)和壓力(一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)條件下，分解電壓E0與吉布斯自由能關(guān)系如下：E0=G0/nF其中，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，n為電極反應(yīng)中一個(gè)反應(yīng)粒子所消耗的電子數(shù)，G0為吉布斯自由能(反應(yīng)焓)。在電解池處于密封狀態(tài)下，溫度和壓力都和理想條件不同，但是電解水析氫時(shí)氣體占據(jù)電解池的體積較小，所以溫度、壓力和理想條件相差不大，因

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文8此脫附過程是速度控制步驟，具體Heyrovsky反應(yīng)是速度控制步驟還是Tafel反應(yīng)是速度控制步驟還要根據(jù)材料的析氫活性進(jìn)一步進(jìn)行分析。析氫機(jī)理不同，塔菲爾斜率也就不同，Volmer反應(yīng)、Heyrovsky反應(yīng)或是Tafel反應(yīng)為速度控制步驟時(shí)，塔菲爾斜率分別是120、40和30mVdes-1，所以在實(shí)際反應(yīng)中可以根據(jù)塔菲爾斜率的大小來分析速度控制步驟[66-74]。圖1-3陰極電極表面析氫反應(yīng)機(jī)理[1]Figure1-3Mechanismofhydrogenevolutionreactiononthecathodesurface[1]1.3.4HER評(píng)價(jià)參數(shù)(1)過電位(η)陰極處于平衡電極電位時(shí)，電極上的還原反應(yīng)電流與氧化反應(yīng)電流相等，即還原反應(yīng)速度和氧化反應(yīng)速度相等，這種情況下沒有凈電流產(chǎn)生，所以不會(huì)有氫析出。只有當(dāng)陰極上通以外加電流時(shí)，還原反應(yīng)速度才會(huì)大于氧化反應(yīng)速度，這時(shí)候電極上才有可能發(fā)生析氫反應(yīng)。當(dāng)給電極通以外加的陰極電流時(shí)，電極電位會(huì)由平衡電極電位向負(fù)方向偏移，外加電流越大，電極電位向負(fù)方向偏移的程度就越大，通常將這種陰極電流導(dǎo)致電極電位向負(fù)方向偏移的現(xiàn)象稱作陰極極化。在實(shí)際應(yīng)用中，只有當(dāng)電極電位(φi)偏離氫的平衡電位(φp)并達(dá)到一定程度時(shí)，氫氣才會(huì)在陰極上析出。在某一確定的電流密度下，氫析出的實(shí)際電極電位與氫的平衡電極電位之間的差值，就是在此電流密度下的析氫過電位，如下公式所示：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于碳纖維材料基底的電解水制氫催化劑的研究進(jìn)展[J]. 佟珊珊,王雪靖,李慶川,韓曉軍.  分析化學(xué). 2016(09)
[2]中國(guó)氫能發(fā)展戰(zhàn)略思考[J]. 毛宗強(qiáng),劉志華.  電池. 2002(03)

碩士論文
[1]磷化鈷復(fù)合材料析氫性能的研究[D]. 馬巧玲.西北師范大學(xué) 2016
[2]C60/C70富勒醇/二氧化鈦納米復(fù)合物的制備及光催化性能研究[D]. 張迪.華中科技大學(xué) 2016
[3]過渡金屬磷化物的制備及其電催化分解水性能研究[D]. 牛智國(guó).西華師范大學(xué) 2016
[4]新型石油精煉催化劑Ni-P化合物的水熱法制備研究[D]. 劉宗義.中國(guó)海洋大學(xué) 2010



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