現(xiàn)代社會的發(fā)展與進(jìn)步離不開工業(yè)的發(fā)展,而支持現(xiàn)代工業(yè)的基石離不開煤炭石油等能源。傳統(tǒng)的化石能源存儲量有限,難以滿足人們可持續(xù)發(fā)展的愿望,并且化石能源的大規(guī)模消耗帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染和溫室效應(yīng)等問題。其中開發(fā)可再生清潔能源替代傳統(tǒng)化石燃料實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是目前最有效的方法,氫氣是21世紀(jì)有前景的清潔能源。目前的研究結(jié)果顯示,理想的電催化劑具有較高的反應(yīng)活性,低的起始電位和高的電流密度,表明電解水過程較易發(fā)生,主要為貴金屬及其氧化物（如Pt,Rh,Ir以及IrO₂,RuO₂）等。但是由于貴金屬的存儲量較低,昂貴的價格使其難以應(yīng)用到實際生產(chǎn)中去,21世紀(jì)以來,二維材料因其獨特的性質(zhì)吸引了大量的關(guān)注,其中石墨烯是最早發(fā)現(xiàn)并研究的一類材料,由于其比表面積大,導(dǎo)電性好和穩(wěn)定性高等優(yōu)點,它已被廣泛用于形成雜化體以支持磷化物,硫化物等。因此現(xiàn)階段電解水的核心研究問題是開發(fā)價格低廉且兼具高活性的電化學(xué)催化劑,降低反應(yīng)過程中的過電勢,并提高化學(xué)穩(wěn)定性。本文主要研究了過渡金屬磷化物電催化劑材料的合成以及性能,具體內(nèi)容如下:首先采用水熱法,合成Ni（OH）_2... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

堿性條件下OER機(jī)制Figure1-1OERmechanismunderalkalineconditions

第1章緒論-5-的反應(yīng)（即Tafel反應(yīng)）或是吸附的H與電解質(zhì)中的H+進(jìn)行反應(yīng)以形成H2分子（即Heyrovsky反應(yīng)）。不論哪種反應(yīng)途徑，H的吸附是至關(guān)重要的步驟，因此電催化劑的一項至關(guān)重要的任務(wù)是促進(jìn)吸附過程。Pt上的H的吸附自由能接近熱中性狀態(tài)(ΔGH*≈0)。這也是Pt也是被認(rèn)為是最好的HER催化劑的原因。根據(jù)先前的研究，析氫反應(yīng)（HER）的機(jī)理有以下兩種解釋，分別為Volmer-Heyrovsky反應(yīng)和Volmer-Tafel反應(yīng),如表1-1所示。對于這兩種方法，第一步都是Volmer反應(yīng)（也定義為放電反應(yīng)），其中電子還原吸附在電極活性位點上的質(zhì)子，形成吸附的氫原子（Hads）。第二步有兩種反應(yīng)途徑，一種是Heyrovsky反應(yīng)，其中獲得的H+與另外的質(zhì)子和第二電子結(jié)合，形成H2，然后通過電化學(xué)解吸釋放。另一個可能的過程是兩個Had指導(dǎo)的Tafel反應(yīng)，彼此反應(yīng)形成H2。塔菲爾斜率可以用來確定反應(yīng)發(fā)生的途徑。例如，當(dāng)放電反應(yīng)（沃爾默反應(yīng)）快時，Tafel斜率為2.3RT/2F將在Volmer-Tafel方法中觀察到，H2的釋放是決定組合反應(yīng)的反應(yīng)速率；而Tafel斜率為4.6RT/3F時，在Volmer-Heyrovsky反應(yīng)中觀察到，其中H2為由決定反應(yīng)的速率的離子演化而來。當(dāng)放電反應(yīng)（沃爾默反應(yīng)）的速率緩慢時，塔菲爾斜率由公式4.6RT/F（在25°C時等于116mVdec-1）確定，適用于Volmer-Tafel方法和Volmer-Heyrovsky方法。對于這兩種方法，Volmer反應(yīng)總是首先發(fā)生，因此催化反應(yīng)可以通過增強通過增加表面活性位來吸附Hads。也可以通過增加H2的解吸步驟來增加電極/催化劑的比表面積。圖1-2酸性和堿性溶液中HER反應(yīng)過程示意圖。Fig.1-2Rehabilitationtrainingprocess

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-18-缽中充分研磨，轉(zhuǎn)移至石英舟內(nèi)，在400°C的N2中,以2°Cmin-1的升溫速率加熱180min，然后冷卻至環(huán)境溫度。用乙醇和蒸餾水洗滌三次，收集干燥的產(chǎn)物，得到Ni2P/rGO粉末用于進(jìn)一步的表征和電化學(xué)性質(zhì)測試。實驗的流程如下圖所示：圖3-1Ni2P/rGO復(fù)合結(jié)構(gòu)的合成及其電催化析氧過程Figure3-1SynthesisofNi2P/rGOcompositestructureanditselectrocatalyticoxygenevolutionprocess圖片3-1反應(yīng)了六邊形β-Ni(OH)2前驅(qū)體的制備過程，經(jīng)過后續(xù)的磷化形成了Ni2P/rGO納米網(wǎng)絡(luò)復(fù)合結(jié)構(gòu)，并作為一種有效的催化劑參與電化學(xué)析氧反應(yīng)。由于氧化石墨烯（GO）在水熱反應(yīng)過程中被還原，生成表面具有大量羧基、羥基、環(huán)氧基等基團(tuán)的還原氧化石墨烯（rGO），因此反應(yīng)物在原位生長過程中與還原氧化石墨烯形成了復(fù)合結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測試方法所有電化學(xué)測試均在三電極系統(tǒng)下完成，電解質(zhì)為1M的KOH溶液。將Ag/AgCl用作參比電極，鉑片用作對電極，工作電極使用已經(jīng)處理完成的泡沫鎳，使用CHI660型電化學(xué)工作站進(jìn)行I-T和LSV測試。在測試過程中，對照可逆氫電極（RHE）對參比電極進(jìn)行了校準(zhǔn)。通過以下公式將施加的電勢轉(zhuǎn)換為可逆氫電極3.2.6

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]電催化析氧反應(yīng)過渡金屬磷化物和硫化物催化劑研究進(jìn)展（英文）[J]. 彭立山,SyedShoaib Ahmad Shah,魏子棟.  催化學(xué)報. 2018(10)
[2]n型Cu2O薄膜的簡易水熱法制備及其光電化學(xué)性能[J]. 熊良斌,李雙明,李必慧,曾慶棟,王波云,聶長江.  無機(jī)化學(xué)學(xué)報. 2018(07)



本文編號：2982536