當(dāng)前,隨著全球石油和其他化石能源的不斷消耗,能源和環(huán)境問(wèn)題日益成為人們需要解決的一個(gè)大問(wèn)題。全世界的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度很快,人類對(duì)生活質(zhì)量的要求愈來(lái)愈高。過(guò)度使用化石能源,不注重環(huán)保帶來(lái)的溫室效應(yīng)、霧霾等問(wèn)題成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)全人類文明的健康可持續(xù)發(fā)展,更好地應(yīng)對(duì)能源與環(huán)境危機(jī),開(kāi)發(fā)高效率可持續(xù)的清潔能源十分迫切。在新型能源轉(zhuǎn)換過(guò)程中,涉及到許許多多的催化反應(yīng),在這其中催化劑都扮演著十分重要的角色。在水的電解、氫氣或醇類作為燃料的電池的領(lǐng)域,具有高活性的催化材料能夠有效提高電化學(xué)元件能量轉(zhuǎn)化效率,從而大大提高能源轉(zhuǎn)化效率。在氫能源領(lǐng)域,開(kāi)發(fā)合適的儲(chǔ)氫材料,并將儲(chǔ)氫材料中氫氣高效釋放出來(lái),也是當(dāng)前一大研究熱點(diǎn)。目前,商用高活性的催化材料大部分是由貴金屬制備得到,比如Pt、Ru、Ir等,但是這些材料儲(chǔ)量比較低而且價(jià)格比較高,因此大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用受到了制約。所以,開(kāi)發(fā)和發(fā)展由非貴金屬制成的催化材料有著舉足輕重的意義。碳基材料由于具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),一直被視作非貴金屬基催化劑中極具競(jìng)爭(zhēng)力的材料。事實(shí)上,碳與其他非貴金屬形成復(fù)合材料時(shí),由于碳材料比表面積通常情況下都很大（可提供更多活性位... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：156 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．丨未來(lái)綠色可持續(xù)的能源發(fā)展前景

ｓｓ??“：’氣雩＾——雜．－譯??——Ｉ：??ｒ１?＾?（Ｐｈｏｔｏ）ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ??Ｓｏｌａｒ，?ｗｉｎｄ，?ｈｙｄｒｏ?，?＾?、??＾??ｍ?Ｉ??Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ?ａｎｄ?Ｃ０３?？＇＝?？?：??．Ｖ?．?Ｆｕｅｌ?ｃｅｉｌ??—－?置??，ｒ?Ｈｉ?ｓｔｏｒａｇｅ?＾??ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ－ｐｏｗｅｒｅｄ?ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ?Ｆｕｅｌ?ｓｔｏｒａｇｅ?Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??圖１．２基于光或電化學(xué)過(guò)程的能源轉(zhuǎn)化發(fā)展示意圖［２］。??圖１．２所示為基于光或電化學(xué)過(guò)程的可持續(xù)能源轉(zhuǎn)化示意圖，從圖中我們可??以看出，氮、二氧化碳、水、氫、氧、氨這些小分子化合物在當(dāng)前可持續(xù)能源轉(zhuǎn)??化過(guò)程中是非常重要的一環(huán)。通過(guò)電解水我們可以獲得氫氣和氧氣，這也是當(dāng)前??情況下我們獲得氫能源的主要手段，此外，電解水生成的氧氣還可以用于可充電??燃料電池中。不僅如此，還可以通過(guò)將我們周圍的大氣中廣泛存在的可再生小分??子（例如：氮?dú)�、二氧化碳等）通過(guò)水汽轉(zhuǎn)化或其他方式進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈??利用價(jià)值的化學(xué)產(chǎn)物（例如：氨氣、一氧化碳、甲烷、高熱值烯烴等）。上述諸??多能源轉(zhuǎn)換方式以及能源轉(zhuǎn)化所涉及的中間反應(yīng)過(guò)程，都是當(dāng)今社會(huì)科學(xué)家攻堅(jiān)??２??

糖等）進(jìn)行催化氧化或還原以解決能源、環(huán)境或人類健康問(wèn)題。下文將對(duì)本??論文所涉及的幾種催化反應(yīng)做簡(jiǎn)單的介紹。??１．２．１電催化分解水反應(yīng)??電催化分解水是當(dāng)前轉(zhuǎn)換多余電能為氫能的一種有效手段，在電力系統(tǒng)發(fā)電??量比較富余的時(shí)候，將多余的電量用于電解水產(chǎn)氫，并將產(chǎn)生的氫氣儲(chǔ)存起來(lái)，??這樣一來(lái)，既可以發(fā)電系統(tǒng)功率不穩(wěn)定的問(wèn)題，又可以有效地解決人們對(duì)于氫能??源的需求。如前所述，氫氣燃燒的熱值很高并且產(chǎn)物為不會(huì)造成二次污染的水。??當(dāng)前商用電解水裝置一般用質(zhì)子交換膜設(shè)備來(lái)電解水，如下圖１．３所展示的那樣??［３］，??ｒｈｈ??ＴＢ?Ｉｆ??Ｃａｔｈｏｄｅ：?■?Ａｎｏｄｖ：??＋??ｊＩＩＬ??■…■一?ｗ??Ｈ，０－？Ｈ，?＋?ＫＯ，??圖１．３質(zhì)子交換膜電解槽示意圖。??質(zhì)子交換膜電解槽（Ｐｒｏｔｏｎ?ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒ，?ＰＥＭＥＬ）通常??由以下幾部分組成：電解液（堿性、中性、酸性）；質(zhì)子交換膜（只可傳遞質(zhì)子，??不能夠傳遞１＾和０２）；陰極和陽(yáng)極催化劑層幾個(gè)部分組成。質(zhì)子交換膜電解槽??電解水時(shí)，陰極和陽(yáng)極反應(yīng)式分別為：??總反應(yīng)：２／／２０－＞２／／２＋０２??陽(yáng)極：２７／２〇４〇２＋４／Ｔ＋４ｅ－??陰極：４／Ｔ＋４ｅ－－＞２／／２??在不同的電解液條件下，陰極和陽(yáng)極反應(yīng)的機(jī)理都不盡相同：??酸性介質(zhì)下，電解液中存在著大量的氫離子（Ｈ＋）：??Ｖｏｌｍｅｒ?過(guò)程為第一步：７／＋＋ｅ＿＋＊—??第二步反應(yīng)為?Ｈｅｙｒｏｖｓｋｙ?過(guò)程：／／＊＋ｅ－＋／＾?－＞?／／２??或Ｔａｆｅｌ過(guò)程：２／／％４好２??酸性條件下的析氫反應(yīng)過(guò)程總反應(yīng)式為：２／／＋２６

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Pushing the activity of CO2 electroreduction by system engineering[J]. Hao Shen,Zhengxiang Gu,Gengfeng Zheng.  Science Bulletin. 2019(24)



本文編號(hào)：2907520