隨著經(jīng)濟和工業(yè)的快速發(fā)展,環(huán)境和能源壓力越來越大,尋找可再生的清潔能源成為當今人類社會發(fā)展面臨的重要問題。作為綠色清潔能源之一,氫氣燃燒只生成水,對環(huán)境沒有其他危害,因此發(fā)展和制備高純氫氣成為科研工作者們努力的方向。在眾多制氫方法中,電解水制氫是制備高純度氫氣最有效的方法之一。電解水制氫是由析氫反應(yīng)（Hydrogen Evolution Reaction,HER）和析氧反應(yīng)（Oxygen Evolution Reaction,OER）兩個半反應(yīng)組成的,然而,由于OER過程涉及到四個質(zhì)子和四個電子的轉(zhuǎn)移以及O-O鍵的形成,因此動力學緩慢且熱力學能壘高,至今為止仍是整個水分解反應(yīng)的瓶頸問題。因此開發(fā)高效的水氧化催化劑,提升析氧反應(yīng)的速率對于電解水制氫具有重要意義。按照金屬催化中心分類,水氧化催化劑可以分為基于貴金屬的催化劑和基于非貴金屬的催化劑。由于貴金屬（如Ru、Ir）價格昂貴且分布不廣泛,因此科研工作者們致力于研究基于非貴金屬（Ni、Fe、Co、Cu）的水氧化催化劑,其中金屬銅在地球上分布廣泛、價格低廉且存在多種氧化還原價態(tài),因此基于銅基的催化劑成為有潛力的水氧化催化劑之一。基于以上背... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)PSII單體的多肽亞基和輔助因子示意圖(b)輔助因子電子轉(zhuǎn)移原理。

受到自然界光合作用水分解的啟發(fā),科研工作者們對于模擬光合作用產(chǎn)生了極大興趣,希望更大程度上利用太陽能,Chunxi Zhang等人通過模擬自然光合作用OEC的獨特結(jié)構(gòu),首次報道了人工合成Mn4Ca簇[7],這種新的人工模擬復(fù)合物與自然界中的OEC具有顯著的相似結(jié)構(gòu)(圖1.3)人工光合作用系統(tǒng)主要有兩種方式進行光催化水氧化[8],一種是單一反應(yīng)過程,第二種是兩步反應(yīng)即“Z型”反應(yīng)方式(圖1.4),單一光響應(yīng)包含一個光激發(fā)位點,該位點附著在電子供體上,另一個附著在電子受體上,通常染料分子或吸收可見光的半導(dǎo)體用作激發(fā)位點,稱為發(fā)色團,可以通過修改染料結(jié)構(gòu)或設(shè)計半導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)調(diào)整吸收波長。電子供體必須滿足兩個要求:一、能級必須比發(fā)色團的激發(fā)態(tài)還原電勢更負,比水氧化的電勢更正;二、電子供體必須在發(fā)色團激發(fā)態(tài)衰減之前連接到發(fā)色團上引起快速的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)。電子受體的電勢必須在發(fā)色團激發(fā)態(tài)氧化電位和水還原電位之間,通常引入助催化劑加速水分解反應(yīng)[9]。

光電化學(PEC)電池是一種有效利用太陽能的方式,光電化學水分解池(PEC-WSD)可以利用太陽能將水分解為H2和O2[10]。PEC工作原理是施加外部電壓到光伏材料上將太陽能轉(zhuǎn)換為H2和O2,材料浸沒在含有氧化還原電對的電解質(zhì)中[11],半導(dǎo)體具有充當光催化劑的獨特性,因此在光的存在下對于激活化學氧化和還原過程有至關(guān)重要的作用,光催化劑電極能夠捕獲光從而為反應(yīng)提供能量,通過外部施加的電化學偏壓提供反應(yīng)所需的額外電壓,光電極吸收光子,通過氧化還原反應(yīng)激發(fā)出電子從而生成電子-空穴對,空穴可以使分子氧化,電子可以將H+還原成H2[12-13].1.3 電解水

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Directional construction of Cu2S branch arrays for advanced oxygen evolution reaction[J]. Shengjue Deng,Yanbin Shen,Dong Xie,Yangfan Lu,Xiaolong Yu,Liang Yang,Xiuli Wang,Xinhui Xia,Jiangping Tu.  Journal of Energy Chemistry. 2019(12)
[2]鈷/鐵雙金屬有機框架材料用于電催化析氧反應(yīng)（英文）[J]. 謝士禮,李斐,許素顯,李佳原,曾偉.  催化學報. 2019(08)



本文編號：3131865