尋找可持續(xù)發(fā)展方法來緩解能源危機(jī)已成為人類主要的努力和奮斗目標(biāo)�？稍偕茉矗ɡ缣柲堋L(fēng)能、潮汐能等）轉(zhuǎn)化電能的能源模式已經(jīng)開始廣泛使用。然而,由于這種可再生能源提供的能量是間斷的,而電力的消耗是持續(xù)的,這就導(dǎo)致了供應(yīng)與需求之間在時(shí)間上的不相匹配。為了提供有效的解決方法,能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)系統(tǒng)有待進(jìn)一步開發(fā)。電化學(xué)過程在能量轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)系統(tǒng)中扮演重要的角色。當(dāng)可再生能源的供給超過了需求,剩余的電能能夠用來推動(dòng)非自發(fā)電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生,將能量轉(zhuǎn)換成化學(xué)能來進(jìn)行存儲(chǔ);當(dāng)用電需求量大時(shí),儲(chǔ)存的化學(xué)能量又可以再次通過原電池中自發(fā)的電化學(xué)反應(yīng)得到可供使用的電能。小型的能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)系統(tǒng)如可充電電池,已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在移動(dòng)商業(yè)設(shè)備上（例如手機(jī)、筆記本電腦、甚至汽車）,但是在大規(guī)模設(shè)備上的能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)器件仍然需要進(jìn)一步研究。目前越來越多的研究集中到氫氣循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)系統(tǒng)上,如電解池和氫燃料電池。氧電催化反應(yīng)在氫能源的循環(huán)過程中作為半反應(yīng),發(fā)揮著重要的作用。但是由于其過程涉及四電子轉(zhuǎn)移,其動(dòng)力學(xué)過程十分緩慢,很大程度上限制了氫在對(duì)電極上發(fā)生反應(yīng)的速率。氧電催化反應(yīng)包含析氧反應(yīng)（OER,Oxygen E... 

【文章來源】：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)】：118 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１各國(guó)規(guī)劃未來十年投入研發(fā)燃料電池汽車與加氫站項(xiàng)目數(shù)

Ｒ的整體表示形式。然而，這些反應(yīng)均涉及到幾個(gè)基本的步驟，尤其是??四電子傳輸步驟，四質(zhì)子傳輸步驟（與電子傳輸耦合或者非耦合），以及鍵斷裂??（ＯＲＲ）或者鍵形成（ＯＥＲ）步驟。在這種情況下，催化反應(yīng)的中間體在電極或者催??化劑表面上發(fā)生的吸附和解吸附可能引發(fā)不同的催化反應(yīng)路徑，并且在產(chǎn)物形成??過程中扮演著重要的角色。在氧電化學(xué)的ＯＥＲ和ＯＲＲ過程中經(jīng)常連續(xù)發(fā)生并且導(dǎo)??致特定中間產(chǎn)物的出現(xiàn)，其出現(xiàn)的次序組成了特定表面上的反應(yīng)機(jī)理。各個(gè)反應(yīng)??的解釋機(jī)理對(duì)于確定限速步驟非常重要，如下圖１．２所示，ＯＥＲ和ＯＲＲ各反應(yīng)基??元步驟和中間體均在氧電化學(xué)的反應(yīng)中發(fā)揮重要作用［３５］。??（１）當(dāng)〇２的〇－０鍵直接在吸附過程中斷開，并且形成的Ｏａｄｓ連續(xù)地被還原為??０Ｈａｄｓ以及Ｈ２０ａｄｓ時(shí)，ＯＲＲ通過一個(gè)分離的機(jī)理繼續(xù)進(jìn)行；此機(jī)理逆過程即是ＯＥＲ??的反應(yīng)。??（２）?ＯＲＲ和ＯＥＲ相關(guān)的機(jī)理涉及到００Ｈａｄｓ的形成，ＯＯＨａｄｓ在此過程中分解成??為Ｏａｄｓ和ＯＨａｄｓ（ＯＲＲ）或者由這兩種物質(zhì)復(fù)合形成ＯＯＨａｄｓ（ＯＥＲ）｜３６］。??（３）此外，當(dāng)兩電子轉(zhuǎn)移過程連續(xù)地產(chǎn)生００Ｈａｄｓ和ＨＯＯＨａｄｓ時(shí)，ＯＲＲ可以通??過過氧機(jī)理持續(xù)進(jìn)行，ＨＯＯＨａｄｓ接著分解為０Ｈａｄｓ，此機(jī)理的逆過程即是ＯＥＲ的??過氧機(jī)理［３７］。???ＯＲＲ?…??ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ?（ＯＲＲ）??＂０?＊?０?＾?ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ?（ＯＥＲ）??、??，－－－ｏｉ?產(chǎn)？??—?ａｓｓｏｃｉａｔｉｖｅ??＞?Ｉ?＞?、??籲ｔ??？?＾?ｒ?（?ｐｃｒｏｘｏ??ｏｆ－?－ｏｏｈ＊＊－?

?第１章緒論???０５??００??？Ｇ．５?ＯＯＨ—?Ｓ５?〇２?？?Ｈ＊?？?？＇＇、？■、??．１０ｌ?＂°？?叫?＼??－１０?１?２?３?４?５?６??ＡＧ＜°＾．＞?１?ｅＶ??圖１．３析氧反應(yīng)中ＡＧ?（Ｏａｄｓ）為參數(shù)得到與最小可能過電位的關(guān)系。??對(duì)于ＯＥＲ反應(yīng)機(jī)理，可以通過各反應(yīng)間熱力學(xué)限制得到方程式，并且由于??反應(yīng)中間物之間有關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致反應(yīng)自由能之間也存在聯(lián)系［５４］。通常以過渡金屬??作催化劑時(shí)表面在高氧化電壓下會(huì)形成一層過渡金屬氧化層。如氧化物表面存在??關(guān)系１５５］：??ＡＧ〇Ｈａｄｓ?＝?〇．６１?＊?ＡＧ〇ａｄｓ?—?０．５８?ｅｌ／??ＡＧｏｏｗａｄｓ?＝?°－６４?＊?ＡＧｏａｄｓ?＋?２－４０?ｅＶ??經(jīng)計(jì)算，由熱力學(xué)限制得到的過電位最小值為圖中紅線所示，另考慮反應(yīng)之??間的聯(lián)系，則得到最小值為圖中粗線所示｜５６］�？芍捎谶@種聯(lián)系的存在［５７＿５８］，??實(shí)際過電位最小值不能達(dá)到只考慮熱力學(xué)因素所得的過電位最小值１５９＃］。而圖中??標(biāo)明兩種目前最好的催化劑，Ｒｕ〇２與Ｉｒ０２，皆處于最小值鄰近位置，由此可知，??通過此圖理論指導(dǎo)，可有利于進(jìn)行高效析氧催化劑的研宄１６１］。??對(duì)于電解液中的各個(gè)電極，當(dāng)電流通過時(shí)，其電極上的電勢(shì)會(huì)發(fā)生一定變化，??這即稱為極化。極化電壓值為：Ａｃｐ＝（ｐｒ９產(chǎn)〇。其中％為電流密度為ｉ時(shí)的電極電??位，＜ｐｌ＝〇為電流密度為零時(shí)的電極電位１６２］。當(dāng)電流密度發(fā)生變化時(shí)，電極上的電??勢(shì)也會(huì)發(fā)生對(duì)應(yīng)的變化（如圖１．４所示）［６３］。??起始電位指反應(yīng)剛開始發(fā)生時(shí)，即剛出現(xiàn)電流時(shí)的電位１６４］。由于起始電位??難以判斷，


本文編號(hào)：3372207