發(fā)布時間：2018-03-02 08:50

  本文關(guān)鍵詞： 電化學(xué)沉積法 鈷基電解水催化劑 超薄納米片陣列 Co-Ni-Fe-Se 復(fù)合催化劑　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：能源危機(jī)和環(huán)境污染問題已經(jīng)極大地威脅到人類社會的可持續(xù)發(fā)展,只有發(fā)展清潔、可再生、安全、高效的新型能源才能解決這一問題。氫能具有清潔、效率高、可存儲、廉價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn),是理想的、最具發(fā)展?jié)摿Φ亩文茉础Ｔ趲追N制備氫氣的方法中,電解水制氫是未來最有希望進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用的制氫技術(shù),因此,設(shè)計(jì)、開發(fā)高催化活性、高穩(wěn)定性的電解水催化劑,是將氫能推向商業(yè)化應(yīng)用、解決能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的關(guān)鍵一步。以鉑為代表的貴金屬是高性能的電解水催化劑,但貴金屬儲量稀少、價(jià)格昂貴,直接制約了其應(yīng)用,所以需要研究開發(fā)基于非貴金屬材料的電解水催化劑。過渡金屬元素鈷來源豐富、價(jià)格低廉,其單質(zhì)及化合物具有良好的電化學(xué)催化性能,有望替代貴金屬催化劑。本文中,我們通過簡單易行的電化學(xué)沉積法制備了具有納米片陣列結(jié)構(gòu)的鈷基電化學(xué)催化劑用于催化電解水,催化劑活性高、穩(wěn)定性好,超過了以鉑和二氧化銥為代表的貴金屬催化劑的性能。主要研究內(nèi)容如下:1.我們通過簡單易行的電化學(xué)沉積法在鎳泡沫上沉積制備出多孔Co0.85Se前體,然后在1 M KOH溶液中分別作陽極化和陰極化處理,在這一過程中,Co0.85Se前體中的Se被"犧牲",Co0.85Se前體轉(zhuǎn)化為Co304超薄納米片陣列(Co3O4UNA)和Co(OH)2超薄納米片陣列(Co(OH)2UNA),所得到的Co3O4超薄納米片的厚度僅為1.2nm,Co(OH)2超薄納米片的厚度僅為1.4nm。相較于其他鈷基電解水催化劑,我們制備的Co3O4 UNA和Co(OH)2 UNA具有電化學(xué)活性面積大、導(dǎo)電性良好、滲透性好的優(yōu)點(diǎn)。我們以Co304UNA和Co(OH)2 UNA分別為陽極和陰極組成了電解池用于電解水,以1 M KOH作為電解液時,電流密度達(dá)到10mAcm-2、50 mA cm-2所需要的電壓分別僅為1.41 V、1.69 V;以1 M中性磷酸鹽緩沖液作為電解液時,電流密度達(dá)到10 mAcm-2、50 mAcm-2所需要的電壓分別為1.80 V、2.03 V。此外,電解池在大電流密度下連續(xù)電解10小時后,性能并沒有發(fā)生衰減。這些數(shù)據(jù)表明,以Co304 UNA和Co(OH)2 UNA分別為陽極和陰極組成的電解池,在催化電解水的活性和穩(wěn)定性上都優(yōu)于以二氧化銥和鉑分別為陽極和陰極組成的電解池。同時,我們也通過SEM、TEM、XRD、XPS、BET、AFM、ICP 等手段對 Co0.85Se 前體、Co3O4和 Co(OH)2超薄納米片陣列的形貌、結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行了表征,分析了兩種催化劑的結(jié)構(gòu)和形貌對催化性能的影響。2.我們通過電化學(xué)沉積法分別制備出了 Co-Ni-Fe-Se復(fù)合產(chǎn)氧催化劑和Co-Ni-Fe-Se復(fù)合產(chǎn)氫催化劑。兩種催化劑都具有納米片陣列結(jié)構(gòu),在KOH溶液中具有優(yōu)良的產(chǎn)氧、產(chǎn)氫活性以及穩(wěn)定性。將兩種納米片陣列催化劑組裝成電解池用于電解水,以1 M KOH作為電解液時,電流密度達(dá)到50 mA cm-2所需要的電壓僅為1.61 V;電解池在120 mAcm-2條件下進(jìn)行150小時連續(xù)恒電流電解,電壓基本上保持在1.76 V,說明催化劑具有高活性和優(yōu)異的穩(wěn)定性。我們通過SEM、TEM、XRD、XPS、BET、ICP等表征手段對催化劑的形貌、結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行了一系列表征,分析了催化劑的結(jié)構(gòu)和形貌對催化性能的影響。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O643.36

【參考文獻(xiàn)】

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1 袁文輝;劉曉晨;李莉;;Co摻雜提高ZnIn_2S_4光催化劑可見光下的產(chǎn)氫性能(英文)[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2013年01期

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本文編號：1555834