【摘要】：能源衰竭已經成為當今世界上困擾人類的主要難題之一。傳統(tǒng)的一次化石能源由于其不可再生性以及能量轉換效率低等特性,已經不能滿足人類日益增長的各種耗能體系的需求。尋找和開發(fā)可以替代一次能源的新型能量儲存與轉換系統(tǒng),以及如何更高效率地利用環(huán)境友好型的清潔能源是人類當前研究的重點之一。電解水體系是一種能源轉換系統(tǒng)中獲取清潔能源方法之一,電解水包含氫氣析出反應和氧氣析出反應。如何有針對性地設計制備相應的析氣反應新型催化劑,達到降低能源轉換過程中的能耗和提高電解效率目的,是目前的研究重點。目前大部分的催化劑都只是集中于單功能催化劑的研究,為了節(jié)約成本,發(fā)展可以在一種工作環(huán)境中同時電解水生成氫氧氣的新型高效雙功能催化劑至關重要。同時對于氣體析出反應,大多數(shù)平面及粉末狀電極還面臨著較嚴重的“氣泡屏蔽效應”影響,制備具有高本征活性與弱“氣泡效應”的納米結構超疏氣電極是十分有必要的。很多研究者只是簡單地制備超疏氣電極材料,而很少對如何制備超疏氣電極材料進行研究。針對上述問題,本論文從以下兩個方面進行了研究:1、測試光滑樣品表面液體接觸角,選出接觸角逐漸變化(在0-145°范圍內選取具有代表性的數(shù)值,數(shù)值從小到大排列)的液體體系,再在其液下測試樣品表面氣體的接觸角,通過對疏氣與疏液關系的研究得出:當液體在某基底上的接觸角小于65°±5°時,在該液體下基底的氣體接觸角具有超疏氣的性能;當液體接觸角在大于65°±5°小于145°±5°范圍時,液體接觸角與氣體接觸角互補;一般具有超疏水性能微納米結構的材料具有超疏氣的性能。根據(jù)以上的結論,可以通過選取具有親水性的本征材料制備催化劑或制備微納米結構催化劑獲得超疏氣材料。2、利用電沉積法制備得到了礦物晶體石頭狀Cu-Co-Mo-O微納米電極,并研究了其作為電解水析出反應催化劑的電化學活性以及疏氣性能。首先以金屬泡沫鎳為基底,在酸性環(huán)境中利用電沉積法得到Cu-Co-Mo-O前驅體,再在烘箱陳化得Cu-Co-Mo-O微納米電極。再對其進行了形貌和物質成分分析,對比了Cu-Co-Mo-O微納米電極和測試析氫和析氧后的表面形貌;測試堿性環(huán)境中的電催化HER性能、OER性能和全水解性能以及后測試樣品在堿性環(huán)境中的超疏氣性能。該電極可以作為高活性、高穩(wěn)定性的全水電解雙功能電催化劑應用于未來的能源領域中。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ426;TQ116.2
【圖文】：

對生成的氣體產生較強的粘附作用，增大反應的傳質具有高本征活性與弱“氣泡屏蔽效應”的納米結構超潤電極與傳統(tǒng)平面結構的電極相比，顯著降低了催化附作用，大大加快了氣泡的析出速率，增強了工作穩(wěn)性得到了提高。關于如何有效制備超疏氣材料的相關備超疏水的材料的報道有很多，超疏水與超疏氣是否于疏液與疏氣的關系，為研究者制備超疏氣的電極提疏液的關系理論推導光滑表面上疏氣與疏液的關系理論推導ung’s 公式的推論，可以嘗試用同樣的方法（熱力學定律下的氣體接觸角的模型（圖 3.1），對氣體模型做以下體所受液體壓力的影響（Young’s 方程不考慮液體重力不為零

理想的光滑表面一般不可能達到，如果需要在實際過程中研究疏液與疏氣的關系，需要建立一般的理論模型。首先假設材料表面具有微凸起結構，φ為表面微凸柱的傾角，L 為微凸柱間距，H 微凸柱高度，具體示意圖如圖 3.2。①液體要易于取代電極表面上的氣體，即液體取代表面上氣體過程的吉布斯自由能應小于 0，即 G < 0。 G = ( ) = cos < 0，則θ < 90°，所以表面應具有親水性，其中 A 為液體取代氣體的面積，θ為液體在氣體環(huán)境中的接觸角， ， 和 分別是固液表面張力，固氣表面張力和液氣表面張力。②對于具有微凸起結構的表面，水要完全浸透表面，必須要達到力學的平衡，從圖 3.2 cos 是液體滲透材料表面的力，而2 sin 阻礙液體滲透材料表面的力。當壓強 P 等于0 時，就是液體滲透材料表面的臨界點即 = arctan( /2 )，當 θ 小于 時，液體就會滲透材料表面，材料就會擁有超疏氣的性能。P =2 sin cos （3.7）θ < = max ,arctan( /2 ) （3.8）

重慶大學碩士學位論文 3 疏氣與疏液關系的研究綜上所述，當液滴在空氣中的接觸角滿足θ < min ,arctan( /2 ) 時，材料在液體中能表現(xiàn)出超疏氣性；當液體接觸角在大于arctan( /2 )小于某個范圍時，液體接觸角與氣體接觸角互補根據(jù)平面理論而液體在空氣中的接觸角滿足某一范圍時，液滴在氣體環(huán)境中的接觸角與氣泡在液體環(huán)境中的接觸角成互補的關系；而當材料表面具有微納米結構時，樣品表面具有超雙疏的性能即同時超疏水和超疏氣，具體示意圖如 3.3。

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 王艷輝,吳迪鏞,遲建;氫能及制氫的應用技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];化工進展;2001年01期

本文編號：2754274