本文關(guān)鍵詞： 碳納米管海綿 磷化鎳 磷化鈷鎳 電解水制氫　出處：《鄭州大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著能源消耗和環(huán)境污染的加劇,發(fā)掘利用可再生的清潔能源引起了人們的廣泛關(guān)注。電解水制氫產(chǎn)業(yè)得到了迅速的發(fā)展,電解水制氫可有效將富余的電能轉(zhuǎn)化為氫能存儲(chǔ)起來(lái)。三維多孔的碳納米管海綿具有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)等性能,將其作為電催劑的基底,可有效提高復(fù)合催化劑中的電子傳導(dǎo)速率,優(yōu)化催化劑的納米結(jié)構(gòu),增加催化劑的比表面積。有望提高電催化制氫中電能轉(zhuǎn)化為氫能的效率。本論文以提高催化劑的性能為目標(biāo),采用電沉積法在碳納米管海綿上直接生長(zhǎng)過(guò)渡金屬磷化物,探索了電沉積參數(shù)與催化劑的形貌、性能之間的關(guān)系,研究了不同pH值的電解液對(duì)碳納米管海綿復(fù)合電極電解水制氫和制氧性能的影響。采用化學(xué)氣相沉積法制備碳納米管海綿,將親水處理后的碳納米管海綿制備成電極。之后,采用循環(huán)伏安法制備磷化鎳納米顆粒/碳納米管海綿復(fù)合電極,通過(guò)調(diào)控電沉積過(guò)程中的循環(huán)次數(shù),調(diào)控催化劑的形貌和尺寸,優(yōu)化催化劑的性能。電沉積過(guò)程中磷化鎳納米顆粒直接在碳納米管表面形核長(zhǎng)大,保證了磷化鎳和碳納米管之間的良好接觸,實(shí)現(xiàn)電子快速傳導(dǎo)。磷化鎳/碳納米管復(fù)合電極在酸性、中性和堿性電解液中表現(xiàn)出優(yōu)異的電解水制氫性能,在中性電解液中產(chǎn)生10 mA cm-2的電流密度僅需105 mV的過(guò)電勢(shì),恒電壓測(cè)試110 h后催化活性無(wú)明顯變化,穩(wěn)定性較好。通過(guò)電沉積法將三元電催化劑磷化鈷鎳負(fù)載到碳納米管海綿上,得到磷化鈷鎳/碳納米管海綿復(fù)合電極,調(diào)控電解液中鈷和鎳的前軀體比例與濃度,調(diào)整磷化鈷鎳中鈷和鎳的比例與形貌。其在中性電解液中產(chǎn)生10 mA cm-2電流密度的過(guò)電勢(shì)為93 mV,在堿性環(huán)境中表現(xiàn)出優(yōu)異的電解水制氫和制氧雙功能性,產(chǎn)生10 mA cm-2電流密度的過(guò)電勢(shì)分別為73 mV(制氫)與288 mV(制氧)。
[Abstract]:With the intensification of energy consumption and environmental pollution, the exploitation and utilization of renewable clean energy has aroused widespread concern. The hydrogen production industry of electrolytic water has been developed rapidly. Electrolysis of water to produce hydrogen can effectively convert surplus electric energy into hydrogen energy storage. Three-dimensional porous carbon nanotube sponge has excellent electrical and mechanical properties, which is used as the substrate of electrocatalyst. It can effectively improve the electron conduction rate in the composite catalyst and optimize the nanostructure of the catalyst. Increasing the specific surface area of the catalyst is expected to improve the efficiency of conversion of electric energy to hydrogen energy in electrocatalytic hydrogen production. This paper aims to improve the performance of the catalyst. Transition metal phosphates were grown directly on carbon nanotube sponges by electrodeposition, and the relationship between electrodeposition parameters and the morphology and properties of the catalysts was explored. The effects of different pH values on the hydrogen and oxygen production properties of carbon nanotube sponge composite electrode were studied. Carbon nanotube sponge was prepared by chemical vapor deposition. The hydrophilic carbon nanotube sponge was prepared into an electrode, and then the nickel phosphide nanoparticles / carbon nanotube sponge composite electrode was prepared by cyclic voltammetry. During electrodeposition, nickel phosphide nanoparticles grew directly on the surface of carbon nanotubes, which ensured good contact between nickel phosphide and carbon nanotubes. The nickel phosphide / carbon nanotube composite electrode exhibited excellent hydrogen production performance in acidic neutral and alkaline electrolytes. The current density of 10mA cm-2 produced in neutral electrolyte requires only 105mV overpotential, and the catalytic activity does not change obviously after constant voltage test for 110h. The composite electrode of cobalt and nickel phosphide / carbon nanotube sponge was obtained by electrodeposition of cobalt and nickel phosphide onto carbon nanotube sponge. The ratio and concentration of cobalt and nickel in electrolyte were regulated. The overpotential of 10 Ma cm-2 current density produced in neutral electrolyte was 93 MV by adjusting the ratio and morphology of cobalt and nickel in cobalt and nickel phosphide. In alkaline environment, the double functions of hydrogen production and oxygen production by electrolytic water are excellent. The overpotential of 10 Ma cm-2 current density is 73 MV (hydrogen production) and 288 MV (oxygen production), respectively.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O643.36;TQ116.2

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