【摘要】：能源緊缺和環(huán)境問題是當今全球面臨的兩大重大難題,開發(fā)和利用綠色可再生的新能源是緩解這些問題的有效途徑。在諸多綠色清潔能源中,氫能由于其獨特的優(yōu)異性能,被人們視為最理想的用來替代傳統(tǒng)化石能源的可持續(xù)綠色新能源。通過電解水技術(shù)可以獲得高純度的氫氣,并且相比于其他制氫方法來說更加簡易,反應不需要高溫高壓的條件。在大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)中,一般多采用KOH作為電解液。堿性介質(zhì)中,電解水包含兩個半反應,在陰極發(fā)生的水的還原反應(HER)以及在陽極發(fā)生的水的氧化反應(OER)。其中陽極析氧反應動力遲緩需要較大的過電勢,而催化劑的使用可以極大地加快電極反應速率和效率,減小過電勢,節(jié)約能耗。在商用的電解水技術(shù)當中,通常選用催化性能優(yōu)異的IrO2和RuO2作為陽極材料,但是這些貴金屬在地殼儲量匱乏且價格高,且在工業(yè)上大規(guī)模使用受到限制,所以研制可替代貴金屬的催化劑成為攻克電催化裂解水技術(shù)難題的關鍵因素。本論文以水滑石及插層的類水滑石材料為前驅(qū)體,采用磷化或者焙燒等手段,制備出不同結(jié)構(gòu)的碳包覆的過渡金屬磷化物(CoP/CoP2@NPCNTs和(FeCo)2P@C),并將其用作析氧反應的催化劑。主要研究內(nèi)容如下:(1)CoP/CoP_2@NPCNTs復合物的制備及其析氧性能研究:以CoAl-LDH為前驅(qū)體,將其與三聚氰胺的混合物在Ar氣氛中焙燒得到Co@NCNTs復合物,再與次磷酸鈉混合經(jīng)焙燒處理,得到CoP/CoP2@NPCNTs復合物催化劑材料。電化學測試表明CoP/CoP2@NPCNTs在10 mAcm-2電流密度下所需的過電勢僅為300 mV,表現(xiàn)出對OER有良好的催化活性。同時在恒定的電流密度下測試了該材料的穩(wěn)定性能,發(fā)現(xiàn)其具有超長的穩(wěn)定性,優(yōu)于已報道的大部分催化劑。利用密度泛函理論(DFT)計算表明該復合物優(yōu)異的催化性能歸因于CoP與CoP2雙活性組分的協(xié)同作用。(2)(FeCo)_2P@C復合物的制備及其析氧性能研究:以表面活性劑SDP插層FeCo(OH)2為單源前驅(qū)體,經(jīng)焙燒后得到了海膽狀的(FeCo)2P@C復合物。該制備方法的優(yōu)點在于SDP作為插層物質(zhì)時可以同時作為碳源與磷源,既避免使用有機磷源等有毒試劑,又能通過一步法引入碳,提高催化劑的導電性。通過對其析氧性能測試發(fā)現(xiàn)(FeCo)2P@C復合物較單獨的Co2P@C在活性方面有顯著的提升。此外,利用氫氧化物類水滑石層板陽離子具有可調(diào)變性的特點,通過調(diào)變元素的種類,設計制備出(NiCo)2P@C,實現(xiàn)了 OER催化性能的進一步提升。該制備方法簡單、環(huán)保、高效,同時也為制備碳包覆的納米材料提供了一個新的思路,且該方法能夠拓展到其他磷化物的制備,具有普適性。
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１．２．１邋ＯＥＲ邋概述逡逑電解水制氫是目前制氫工藝里最綠色的一種，該方法主要通過外加電能直接將水逡逑分子電解為氧氣分子和氫氣分子。然而該反應為吸熱反應，需要較高的能量［３］。圖１－１逡逑為典型的電解水裝置示意圖，其中包括陰極和陽極兩個電極，電解液，以及外加電源。逡逑１逡逑

高溫固相反應的最大優(yōu)勢在于其能最大限度的保留前體的形貌，例如Ｌｉ課題組以逡逑ＺＩＦ－８為前驅(qū)體，，通過多次焙燒及低溫磷化后得到碳納米管包覆的ＣｏＰ納米顆粒，從逡逑圖１－３可以看出，在經(jīng)過三次焙燒后ＺＩＦ的形貌仍能保持［３＇逡逑６逡逑
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ426;TQ116.2

【參考文獻】

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1 祝海峰;王婧;唐平貴;馮擁軍;;超分子結(jié)構(gòu)MgAl-HMBA-LDHs的組裝及其紫外阻隔性能研究[J];玻璃鋼/復合材料;2011年06期

2 楊飄萍,吳通好;水滑石的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、合成及催化應用[J];石化技術(shù)與應用;2005年01期

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1 滕春娟;鎳鈷鋁三元水滑石的制備及其電化學性能研究[D];哈爾濱工程大學;2013年

本文編號：2674971