【摘要】：由于對能源短缺和環(huán)境污染等問題的擔憂,人們一直致力于探索可再生的清潔新能源。在眾多的清潔能源當中,氫氣被認為是未來最有潛力的新能源之一。同時電解水制氫技術(shù)被認為是最清潔、可持續(xù)且可大規(guī)模制氫的技術(shù)。為了降低能耗則需要更高效、廉價的電催化劑用于電解水。目前,Pt族類貴金屬材料已被證明是活性最高的析氫電催化劑,但由于它的高成本和稀缺性限制了其在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用,因此探索高效、廉價、高貯藏量的非貴族金屬電催化劑是一個關(guān)鍵性的挑戰(zhàn)。本文通過簡單可行的制備方法合成了具有高活性的非晶三元合金Ni-Co-P薄膜(Ni-Co-P/NF)、超長混合相Ni-P納米線陣列(Ni-P NWs/Ti)和多孔MoC_x納米顆粒薄膜(MoC_x/CFP),并探究了三種電催化劑的析氫性能,本文相應(yīng)的工作如下:(1)非晶三元合金Ni-Co-P薄膜負載于泡沫鎳基底。以鎳鹽、鈷鹽和磷酸鹽為原料,通過低溫一步合成得到該催化劑。獲得的催化劑在堿性介質(zhì)中在電流密度為20 mA cm~(-2)時的析氫過電位為125 mV,且能夠穩(wěn)定產(chǎn)氫25 h以上。同時本文還探究了金屬源的濃度、次亞磷酸鈉的濃度和溶液pH值等參數(shù)對電催化析氫性能的影響。(2)原位生長的超長混合相Ni-P納米線陣列。首先通過化學鍍法借助外磁場的作用在Ti片基底生長超長Ni納米線陣列,再經(jīng)過低溫磷化得到混合相Ni_5P_4-Ni_2P-NiP_2納米線陣列。該催化劑在酸性介質(zhì)中在電流密度為20 mA cm~(-2)時的析氫過電位僅為96 mV,且能夠穩(wěn)定產(chǎn)氫25 h以上。而且該催化劑還可以在堿性介質(zhì)中進行電催化析氫反應(yīng),在電流密度為20 mA cm~(-2)時的過電位為153 mV。此外本文還探究了不同磷化溫度等因素對電催化析氫性能的影響。(3)多孔MoC_x納米顆粒薄膜原位生長于碳纖維紙。首先通過提拉法在碳纖維紙基底上制備Mo+PVP前驅(qū)體薄膜,然后再經(jīng)過高溫碳化過程得到最終催化劑。該催化劑在酸性和堿性介質(zhì)中都表現(xiàn)了超高的電催化活性,即酸性和堿性介質(zhì)中在電流密度為20 mA cm~(-2)時的析氫過電位分別為75和58 mV,并且都能穩(wěn)定產(chǎn)氫25 h以上。同時本文還探究了不同碳化溫度、不同碳前驅(qū)體用量和不同負載量對電催化析氫性能的影響。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ116.2;O643.36
【圖文】：

江 蘇 大 學 碩 士 學 位 論 文隔膜穩(wěn)定性差及壽命短等因素的限制，目前中間一般解池的陰極與陽極隔開用于透過離子而分離產(chǎn)生的下，水分子和 K+形成具有極性的水分子并透過隔膜生的 H+就會得到電子而析出氫氣（2H2O+2e—→H2—就會向陽極遷移并失去電子而析出氧氣（2O。 該技術(shù)裝置簡單、操作方便，但電解效率低，因率等方面還有待改善。

圖 1.2 質(zhì)子交換膜電解水示意圖 The diagram of proton exchange membrane method for water 化物電解水如圖 1.3 所示。水以蒸汽的形式通入陰極室，在陰極+和 O2—，H+進一步得到電子生成氫氣（H2O+2e—的電解質(zhì)從陰極室遷移到陽極室，在陽極催化劑的+2e—）[25]。與另外兩種電解裝置不同，固體氧化物電00 ℃以上，高的反應(yīng)溫度雖然降低了電解電壓的損失電解效率，但是對電解池和電極材料的耐高溫和耐腐術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。

圖 1.2 質(zhì)子交換膜電解水示意圖ure 1.2 The diagram of proton exchange membrane method for water electro固體氧化物電解水裝置如圖 1.3 所示。水以蒸汽的形式通入陰極室，在陰極催化成 H+和 O2—，H+進一步得到電子生成氫氣（H2O+2e—→O2—過中間的電解質(zhì)從陰極室遷移到陽極室，在陽極催化劑的作用1/2O2+2e—）[25]。與另外兩種電解裝置不同，固體氧化物電解水在 800 ℃以上，高的反應(yīng)溫度雖然降低了電解電壓的損失，有高了電解效率，但是對電解池和電極材料的耐高溫和耐腐蝕性該技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。

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本文編號：2800777