过渡金属基析氢催化剂的制备及其性能研究
氢能单位质量燃烧热值高，且燃烧产物对环境无污染等特性使其成为最具潜力的可再生清洁能源之一，氢能的开发及利用具有十分重要的价值及意义。在众多制备氢气的方法中，电解水制氢具有清洁、高效，过程对化石能源依赖性少，温室气体产生量少等优点，成为目前最有应用价值的析氢方法之一。目前电解水制氢工艺多使用铂作为电催化剂;但铂金属储量低成本高，且在制氢过程中容易造成电极的消耗，上述问题导致铂电极大规模应用受到限制。因此，开发低成本、高效率的非贵金属电极催化剂具有重要的价值与意义。基于此，本文选择了NiCoP、Mo2C两种材料进行了析氢催化剂制备研究，具体研究内容入下: 1、首先，研究并优化了水热法制备镍钴磷化物的析氢催化剂的工艺。采用硝酸镍、硝酸钴和尿素为原料，通过两步水热法在泡沫镍上生长出不同镍钴比例的一维纳米棒阵列结构的磷化物催化剂;该技术避免了传统的高温磷化工艺过程中，由于高温造成的产物微观结构的破坏，并在此基础上研究了不同镍钴比例对产物电催化性能的影响。结果表明，该方法制备的NiCoP电催化剂具有良好的催化析氢活性效果;在1.0MKOH溶液中，NiCoP电催化剂仅需92mV的过电位就可以达到10mA·cm-2的电流密度;塔菲尔斜率为60mV·dec-1，经80小时测试后，电流密度仍维持在起始电流密度的85.6％左右，有较好的稳定性。 2、其次，研究了碳/碳化钼复合结构在泡沫镍上的原位制备工艺。采用钼酸铵、盐酸多巴胺作为原料，利用水热法在泡沫镍上生长碳化钼前驱体;随后利用管式炉热处理得到碳化钼纳米片阵列，完成碳/碳化钼复合结构催化剂制备。热解过程中有机物的热解，最终制备出具有多孔结构的Mo2C产物，极大的增强了催化剂的电化学反应面积。经检测，该催化剂在1.0M氢氧化钾溶液中，达到电流密度10mA·cm-2时，对应的析氢过电位为130mV，塔菲尔斜率为96mV·dec-1，碳/碳化钼复合结构的析氢催化剂性能优于大部分已见报导的碳化钼电催化剂。
析氢催化剂;过渡金属;磷化物;碳化钼;纳米阵列
北京化工大学
硕士
生物工程
邓利;余军阳
2021
中文
O643.36
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）