氫氣作為一種新型能源具有較高的燃燒熱、產(chǎn)物無污染等特點受到科學(xué)家們的青睞。電解水制氫具有原料易得且儲量豐富,產(chǎn)物純度高等優(yōu)點,被公認(rèn)為是未來制氫的重要手段。過渡金屬氫氧化物具有優(yōu)異的電催化活性,對析氫反應(yīng)（HER）和析氧反應(yīng)（OER）有很大的促進(jìn)作用,被視為高效雙功能電催化劑。本文制備了自支撐三元金屬氫氧化物催化劑材料,研究了組分對形貌、性能等方面的影響,以此來優(yōu)化非貴金屬氫氧化物催化劑的催化活性。本文主要內(nèi)容有兩個方面:用電沉積方式在泡沫鎳（NF）上一步合成了三元金屬氫氧化物CoNiFe-311/NF,和分步沉積的方式在泡沫鎳和鈦片（Ti）上制備了具有多級結(jié)構(gòu)的Fe-311/NF與Fe-311/Ti。采用電沉積的方式,在泡沫鎳上沉積了一元、二元和三元金屬組分的金屬氫氧化物。在鈷氫氧化物中引入Fe、Ni元素后,樣品的形貌由規(guī)則的正六邊形變?yōu)樾鯛钋蛐徒Y(jié)構(gòu),產(chǎn)生了相界面,同時晶格會趨于無序,暴露了更多的活性位點。經(jīng)過線性掃描（LSV）測試,CoNiFe-311/NF顯示出最好的電化學(xué)活性。作為雙功能水裂解催化劑,樣品CoNiFe-311/NF OER的在電流密度為50mA cm^-... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

電解水原理

第1章緒論5圖1-2電流密度與氫吸附之間的關(guān)系1.2.2電解水制氧的基本原理析氧反應(yīng)作為一個多電子參與的非均相反應(yīng)，反應(yīng)過程中會在電極表面產(chǎn)生不同的中間體，所以析氧反應(yīng)的反應(yīng)速率遠(yuǎn)小于析氫反應(yīng)的反應(yīng)速率，成為水裂解的控制步驟，因此析氧反應(yīng)的研究成為突破電催化水電解瓶頸的只要途徑之一。在酸性和堿性的條件下對應(yīng)不同的反應(yīng)式，其根本是pH對析氧反應(yīng)影響較大，所以對應(yīng)的不同的反應(yīng)動力學(xué)。在pH的影響下，會存在不同的中間體，其中中間體的鍵合能力又直接影響整體的催化能力。在析氧反應(yīng)的總途徑中，常見的中間體有*O、*OH、*OOH，目前被人們所接受的反應(yīng)途徑如下表1-2所示。在堿性條件下，OH-先在電極表面吸附形成活性中間體*OH，然后進(jìn)一步形成*O。接下來是形成O2的過程，分為兩個反應(yīng)途徑，分別是*O與*OH反應(yīng)形成中間體*OOH，然后中間體*OOH與OH-反應(yīng)生成O2；另一種是兩個中間體*O之間直接耦合形成O2。與堿性條件不同的是，在酸性條件下，電極表面中間體*OH的形成是通過H2O的吸附；在生成氧氣的過程中，中間體*OOH與H2O作用生成O2。無論是酸性還是堿性條件下，反應(yīng)機(jī)理都是先生成中間體*OH和*O，然后通過兩種不同的途徑生成氧氣。在兩種不同條件下，都是四電子參與的步驟，析氧反應(yīng)中需要更多的能量來克服O2形成過程中的動力學(xué)障礙，水裂解的效率會受到氧析出反應(yīng)的影響，所以急需催化活性高，成本低廉的催化劑來提高水裂解的效率，促進(jìn)水電解技術(shù)的發(fā)展。

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文8附，使其進(jìn)一步組成氫分子，降低能量損耗，提高NiO/NF的催化活性，使RuO2/NiO/NF在電流密度為10mAcm-2時，析氫過電位達(dá)到22mV，因此提高催化劑的導(dǎo)電性可以促進(jìn)其催化活性的提升。圖1-3RuO2/NiO/NF的原位生長過程及表征SunXuping團(tuán)隊[11]在Ar的氣氛下，將NaH2PO2放置在Co3O4/NF的上游，在高溫下煅燒，將P摻雜在沉積在泡沫鎳基底上的Co3O4里，得到催化劑P8.6-Co3O4/NF納米棒，長度大約為5~7納米。在NF基底上逐次緊密排列的納米棒結(jié)構(gòu)，給材料帶來了較大的比表面積。在進(jìn)行P摻雜之后，催化劑的形貌基本沒有發(fā)生改變，在保持大比表面積的同時還暴露更多的催化活性中心，導(dǎo)致Co周圍電子密度的降低，以及Co3+數(shù)量的增加，從而產(chǎn)生豐富的空d軌道，促進(jìn)OH基團(tuán)和H原子的吸附，使樣品的電催化活性得到很大程度的上升。所以，在石墨烯或碳納米管基底包覆或者負(fù)載上非貴金屬氧化物以此來增加電子傳輸路徑，增強(qiáng)導(dǎo)電能力和引入雜原子暴露其活性位點能很大程度上提高催化活性。1.3.1.3過渡金屬氫氧化物過渡金屬氫氧化物[28,38]有很高的的電化學(xué)活性，在有關(guān)過渡金屬氧化物電催化方向的文獻(xiàn)報道中[12]，在催化機(jī)理闡述部分都指出樣品表面的羥基結(jié)構(gòu)具有十分優(yōu)異的催化活性，于是關(guān)于過渡金屬氫氧化物的研究引起人們的注意[39]。在堿性溶液中，H+的來源只能通過水的分解，所以析氫反應(yīng)的氫吸附步驟一直受到溶液中H+濃度的制約。因此需要對水有高效解離效果的催化劑，加大H+的產(chǎn)生速率。過渡金屬氫氧化物對于H-O-H鍵的活化解離有很好的性能，因此有很多雙功能的催化劑圍繞


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