隨著能源危機和環(huán)境污染問題加劇,開發(fā)新型的清潔能源技術已經(jīng)成為當前的研究熱點。氫氣被視為一種有前景的能源,由于它的高燃燒值還有燃燒產(chǎn)物無污染。電催化水分解是一種高效且可持續(xù)的產(chǎn)氫手段。陰極的析氫反應（HER）和陽極的析氧反應（OER）是電解水過程中兩個重要的半反應。貴金屬Pt等作為最優(yōu)異的析氫催化劑已經(jīng)被人們所熟知,但是它的低儲量高成本而且差的穩(wěn)定性嚴重限制了它的大規(guī)模應用。因此,開發(fā)高效非貴金屬基催化劑成為了比較有前景的方式。受4電子轉(zhuǎn)移過程的限制,遲滯的OER是限制高效水分解的另一個短板。用尿素和肼氧化反應（UOR,HzOR）來代替OER是一種有效降低水分解槽電壓的手段。本文從合理的成分設計和結(jié)構(gòu)構(gòu)建,設計出多種層級結(jié)構(gòu)的非貴金屬基自支撐電極材料,并研究了它們的結(jié)構(gòu)形貌,電化學性能以及太陽能驅(qū)動不間斷電解產(chǎn)氫實驗。（1）利用鐵氰化鉀刻蝕技術制備層級結(jié)構(gòu)的NiCoFeP自支撐電極。該方案有利于金屬有機框架均勻分散在一級結(jié)構(gòu)表面,有效避免了團聚。引進的多孔金屬有機框架構(gòu)建的層級結(jié)構(gòu)顯著地增加了電極的活性位點。該電極展示出優(yōu)異的全pH值析氫性能:在10 mA cm-2的電流密度下的過電勢... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：142 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

酸性介質(zhì)中金屬電極上的HER的火山曲線。交換電流密度j0的對數(shù)與每個金屬表面的M-H鍵能作圖[26]。

圖1.3中火山曲線顯示了第一行過渡金屬氧化物的析氧活性與其在酸性或者堿性條件下的轉(zhuǎn)變焓的關系[26]�？梢钥闯�,貴金屬RuO2和IrO2由于他們低的氧化還原電勢和好的電導性展示出優(yōu)異的析氧活性。但是他們昂貴的價格和有限的析氫活性使他們不適合作為雙功能催化劑應用于大規(guī)模水裂解。相反,便宜且高活性的過渡金屬催化劑更適合于全水分解。1.3 可替代的陽極反應

2014年,Vizza和同事通過在三維納米結(jié)構(gòu)TiO2納米管陣列(Pd/TNTA-wed)上沉積Pd納米顆粒作為陽極,證明了用乙醇氧化取代OER來實現(xiàn)更低電位產(chǎn)氫的可行性[56]。Pd/TNTA-wed電極是采用鈦纖維網(wǎng)經(jīng)陽極化和退火處理后緊接著通過浸漬化學還原過程制備Pd納米粒子的方法制備的(圖1.4a)。在質(zhì)子交換膜式電解槽中,采用了Pd/TNTA-wed電極作為陽極,配有陰離子交換膜,陰極為Pt/C在碳布上(Pt/C/CC)。如圖1.4b所示,乙醇在25℃時的氧化動力學緩慢,但在80℃時,在0.9 V的槽電位下,可以得到1.95 A cm-2的高電流密度,這主要是由于乙醇電氧化的動力學隨著溫度的升高而增強。在選擇其他生物衍生醇,如甘油、乙二醇和1,2-丙二醇作為陽極化學物質(zhì)時,Pd/TNTA陽極也表現(xiàn)出了良好的活性和高輸出電流密度(圖1.4c-e)。此外,這樣的系統(tǒng)可以達到H2的高生產(chǎn)水平,與性能最佳的傳統(tǒng)水PEM電解槽一樣高,同時也節(jié)約能源。1.3.2 醛氧化反應


本文編號：2984152