化石燃料是資源有限的并且會(huì)伴隨著環(huán)境問題,因此尋找可替代性的清潔能源是至關(guān)重要的。氫氣因其能量密度高、來源豐富、燃燒產(chǎn)物環(huán)境友好等特點(diǎn)而備受關(guān)注。市售的HER和OER催化劑一般為單功能的Pt/C和IrO₂或RuO₂,但是由于它具有成本高、稀缺性和較差的穩(wěn)定性等缺點(diǎn),不能被廣泛使用,因此開發(fā)一種同時(shí)具有廉價(jià)、高效、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)的電催化劑是一個(gè)較大的挑戰(zhàn)。本文以氧空位為研究對(duì)象,以開發(fā)低成本、高活性和長(zhǎng)壽命的電解水催化劑材料為目標(biāo),探索了氧空位的應(yīng)用方向,使用簡(jiǎn)單的方法合成了三種基于氧空位缺陷的高效電解水催化劑。論文的主要工作和結(jié)論如下:（1）在室溫液相條件下合成了氧空位修飾的OER催化劑Ov-CuO/Cu-PBA,這種復(fù)合材料具有納米棒結(jié)構(gòu)以及豐富的氧空位缺陷。活性物質(zhì)Cu-PBA原位生長(zhǎng)在導(dǎo)電性優(yōu)良的Ov-CuO納米棒上結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn),而這種納米結(jié)構(gòu)可以促進(jìn)電子傳輸并且暴露更多的活性位點(diǎn)。電化學(xué)測(cè)試表明,Ov-CuO/Cu-PBA具有更好的析氧催化活性。氧空位在體系中的作用為提高體系導(dǎo)電性,Cu-PBA在體系中的作用是作為催化活性中心,Ov... 

【文章來源】：江西理工大學(xué)江西省

【文章頁(yè)數(shù)】：66 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

地殼元素豐度分布

第一章緒論2等。水資源來源也是十分廣泛，地球表面被75%的水覆蓋。不經(jīng)過催化直接電解水制氫，它的成本過高，并不適合大規(guī)模商用。設(shè)計(jì)一個(gè)廉價(jià)、高效且長(zhǎng)壽命電催化劑對(duì)于電催化水裂解是十分重要的，同時(shí)也是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。1.2電催化水裂解催化劑簡(jiǎn)介1.2.1電催化水裂解機(jī)理簡(jiǎn)介電催化水裂解指的是通過電化學(xué)方式在催化劑作用下改變了反應(yīng)進(jìn)行的途徑，使水更容易分解為氧氣和氫氣，產(chǎn)生氫氣的過程就是析氫反應(yīng)，產(chǎn)生氧氣的過程就是析氧反應(yīng)，它們分別在電解池中處在陰極和陽(yáng)極[11-13]。如圖1.2所示，為電解水示意裝置，在堿性介質(zhì)中，U型管中兩個(gè)電極分別連接著泡沫鎳，在泡沫鎳表面有大量催化劑生長(zhǎng)在其中。在通直流電后，兩個(gè)不同電極片可以分別進(jìn)行析氫反應(yīng)和析氧反應(yīng)。電解水反應(yīng)公式如下：2H2O(液態(tài))=H2(氣態(tài))+O2（氣態(tài)）（公式1.1）由于直接電解水成本過高，因此有必要通過引入催化劑來改變反應(yīng)途徑，并且降低反應(yīng)的活化能[14]。目前最好的析氫催化劑是鉑系催化劑，析氧催化劑中最好的釕系和銥系催化劑[15-17]。雖然它們都在各自的半反應(yīng)中表現(xiàn)極佳，但是，這些催化劑中都含有貴金屬元素，價(jià)格普遍昂貴且地球儲(chǔ)量稀少，而且功能單一。因此發(fā)展高效的、廉價(jià)的、具有雙功能的、長(zhǎng)壽命的電催化水裂解催化劑是一個(gè)重要的課題。1.2.2電催化水裂解催化劑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)圖1.2電解水示意裝置圖

?院飭課鑾夤?縹皇被崾褂么呋?獵?10mAcm-2的電流密度下的過電位。同樣，析氧過電位具體指的是指的在析氧反應(yīng)中是在達(dá)到一定電流所需要的電位值，由于析氧反應(yīng)進(jìn)行的理論電壓為1.23V[22-24]。為了方便交流，一般在計(jì)算析氧過電位時(shí)都會(huì)在相對(duì)可逆氫電極的電位基礎(chǔ)上減去1.23V的理論電壓。在同等電流密度下，催化材料的過電位越低表示材料性能越好。在電化學(xué)測(cè)試中一般在選定的電壓范圍內(nèi)采用線性掃描伏安曲線（LSV），或者穩(wěn)態(tài)極化曲線去測(cè)試在催化劑一定電流密度下的過電位，在本文中我們采用LSV曲線去評(píng)價(jià)催化劑的活圖1.3線性掃描伏安曲線

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]二維Ⅲ族硫化物Janus多層結(jié)構(gòu)的高效光解水特性:內(nèi)建電場(chǎng)和空位缺陷效應(yīng)（英文）[J]. 范英才,馬西奎,王君茹,宋曉涵,王愛珠,劉宏,趙明文.  Science Bulletin. 2020(01)
[2]Co-Mo-P@NPS作為析氫反應(yīng)催化劑的研究[J]. 王清民,金晶,孔玉,殷金玲.  化學(xué)與粘合. 2019(05)
[3]溶劑熱一步法制備二硫化鉬/亞氧化鈦電解水析氫催化劑[J]. 李威,趙江紅,張勇,李開喜,段東紅.  燃料化學(xué)學(xué)報(bào). 2019(09)
[4]納米八面體形FeP@PC的制備及催化析氫性能[J]. 王文峰,秦山,張榮榮,周盼盼,楊慶華,陳天云.  高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào). 2019(09)
[5]鐵鎳磷化物電極材料的制備及電催化析氫性能[J]. 鄒義成,李生娟.  有色金屬材料與工程. 2019(04)
[6]Mo對(duì)脫合金制備的Ni-Mo電極骨架結(jié)構(gòu)與析氫性能的影響[J]. 周琦,李志洋,汪帆.  高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào). 2019(08)
[7]激光直寫制備三維自支撐NiS2/MoS2復(fù)合電催化劑應(yīng)用于堿性和中性電解水制氫（英文）[J]. 程鵬飛,馮婷,劉紫薇,吳德垚,楊靜.  催化學(xué)報(bào). 2019(08)
[8]NiFe-MoPC-NC復(fù)合材料:一種新型的高效全水電解催化劑[J]. 史波,崔麗莉.  長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2019(03)
[9]甲醇裂解制氫方法的研究進(jìn)展[J]. 石林,任小榮,張洪波,白建紅.  山東化工. 2018(01)
[10]具有層級(jí)特征的異質(zhì)型CuO@TiO2納米線膜的制備及其光電解水性能（英文）[J]. 張帥,曹雪波,武軍,朱連文,谷俐.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(08)

碩士論文
[1]過渡金屬磷化物的可控制備及其析氧性能研究[D]. 李慧.北京化工大學(xué) 2018
[2]氣相陽(yáng)離子交換制備多孔單晶CoO納米棒及其應(yīng)用研究[D]. 張浩.天津大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3607179