过渡金属磷化物（TMPs）/碳材料复合自支撑电极的制备及性能研究

发布时间：2024-03-01 20:12

　　作为新一代的能量载体,氢气具有能量密度高、可再生、环境友好等优点,在当今的能源转型过程中占有重要地位。电解水制氢是最理想的可持续制氢途径之一,为了进一步提升电解水制氢过程的能量转换效率,研发催化活性高、成本低廉的电催化材料具有现实意义。在非贵金属材料中,由于过渡金属磷化物(TMPs)具有特殊的自身结构,其在电解水反应中显现出相对良好的催化性能。相较于传统的粉末状电催化材料,自支撑催化电极能够使催化活性物质暴露出更多的活性位点,并且催化活性物质与导电基底之间的结合也更为紧密,使自支撑催化电极拥有更高的催化活性和稳定性。碳材料具有优异的导电性、良好的化学稳定性和机械性能,可作为催化电极的导电基底材料。本论文以具有特殊宏观形态的碳材料为结构骨架,以过渡金属Co、W的磷化物为催化活性物质,设计制备了三种TMPs/碳材料复合自支撑电极,它们在电解水过程的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)中均表现出理想的催化性能。本论文的研究主要包括以下三个部分:(1)采用化学沉积法在碳布(CC)表面沉积非晶态Co-W-P,得到Co-W-P/CC自支撑催化电极材料。Co-W-P纳米颗粒在CC表面聚集形成结节状...

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１．用于电解水的电解槽的示意图??Ｆｉｇ．?１－１．?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒ?ｆｏｒ?ｗａｔｅｒ?ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ．??

ｅ?十?Ｔ）ａｎｏｄｅ?＋?Ｔｏｏｔｈｅｒ?（１￣６）??式中：为阴极过电位，ｒｉａｎｏｄｅ为阳极过电位，化＾为其它过电位。??根据上式可知，降低过电位是提高电解水反应中能量转换效率的关键所在。在实际??工艺过程中，通过使用具有高活性的ＨＥＲ和ＯＥＲ催化剂可以有效降低Ｔ＾ａｔｔｅ....

图１－２．酸性介质中（ａ）ＨＥＲ过程的两种机制［２７］；?（ｂ）ＨＥＲ基于金属元素的火山曲线图＿??Ｆｉｇ．?１－２．?（ａ）?Ｔｗｏ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ?ｒｅｌａｔｅｄ?ｔｏ?ＨＥＲ?ｉｎ?ａｃｉｄｉｃ?ｍｅｄｉａ；?（ｂ）?Ｖｏｌｃａｎｏ?ｃｕｒｖｅ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ｍｅｔａｌ?ｅｌｅｍｅｎｔｓ??

ｖｏｌｍｅｒ－Ｔａｆｅｌ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?｜?ｉＶｏｌｍｅｒ－Ｈｅｙｒｏｖｓｋｙ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?１?Ｖ１??ｙ？／?ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ?Ｖ＊＾／－２－?ａ??ｌ?ｉ?Ｓ?＾?ｔ?＂?Ｒｅ＃?＂ｒｎ....

图１－３．?（ａ）在酸性（蓝线）和碱性（红线）介质中的ＯＥＲ过程，黑线和绿线分别表示两种可能的中间体??参与的ＯＥＲ路径［３１］；?（ｂ）基于金属氧化物的ＯＥＲ火山曲线图［３２］??

?＋?０２?＋?Ｈ＋?＋?ｅ－?（１－１６）??在碱性介质中：??ＯＨ＇?＋?Ｍ?－＞?ＨＯ＊?＋?ｅ＇?（１－１７）??ＨＯ＊?＋?ＯＨ＇?＾?Ｏ＊?＋?Ｈ２〇?＋?ｅ－?（１－１８）??０？?＋?ＯＨ－４?ＨＯＯ．?＋?ｅ＿?（１－１９）??ＨＯＯ＊?＋?ＯＨ＇?＾?Ｍ?＋?....

图１－６．?（ａ）通过聚合物粘合剂和碳添加剂涂覆在集电器上的常规粉末状催化剂；（ｂ）催化剂在基底??上原位生长的自支撑催化电极的结构和电化学特性的示意图［７６］??Ｆｉｇ．?１－６．?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ａｎｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｆｅａｔｕｒｅｓ?ｏｆ：?（ａ）?ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ?ｐｏｗｄｅｒｙ??ｃａｔａｌｙｓ?

过渡金属磷化物（ＴＭＰｓ）／碳材料复合自支撑电极的制备及性能研究?第一章??渡金属元素单质或其化合物因其成本低廉和特殊的物理化学性质在电催化领域被广泛??研宄，可用作自支撑催化电极的催化活性相（即催化活性物质）。常见的基底材料为金属??材料、碳材料和一些其它形式的导电材料，如图１....

本文编号：3915770