碳基催化劑的表/界面調制、催化性能及同步輻射研究
發(fā)布時間：2020-12-09 21:41
當前,隨著全球石油和其他化石能源的不斷消耗,能源和環(huán)境問題日益成為人們需要解決的一個大問題。全世界的經濟發(fā)展速度很快,人類對生活質量的要求愈來愈高。過度使用化石能源,不注重環(huán)保帶來的溫室效應、霧霾等問題成為人們關注的焦點。為了實現全人類文明的健康可持續(xù)發(fā)展,更好地應對能源與環(huán)境危機,開發(fā)高效率可持續(xù)的清潔能源十分迫切。在新型能源轉換過程中,涉及到許許多多的催化反應,在這其中催化劑都扮演著十分重要的角色。在水的電解、氫氣或醇類作為燃料的電池的領域,具有高活性的催化材料能夠有效提高電化學元件能量轉化效率,從而大大提高能源轉化效率。在氫能源領域,開發(fā)合適的儲氫材料,并將儲氫材料中氫氣高效釋放出來,也是當前一大研究熱點。目前,商用高活性的催化材料大部分是由貴金屬制備得到,比如Pt、Ru、Ir等,但是這些材料儲量比較低而且價格比較高,因此大規(guī)模的生產應用受到了制約。所以,開發(fā)和發(fā)展由非貴金屬制成的催化材料有著舉足輕重的意義。碳基材料由于具有獨特的物理化學性質,一直被視作非貴金屬基催化劑中極具競爭力的材料。事實上,碳與其他非貴金屬形成復合材料時,由于碳材料比表面積通常情況下都很大（可提供更多活性位...
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數】：156 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．丨未來綠色可持續(xù)的能源發(fā)展前景
ｓｓ??“：’氣雩＾——雜．－譯??——Ｉ：??ｒ１?＾?（Ｐｈｏｔｏ）ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ??Ｓｏｌａｒ，?ｗｉｎｄ，?ｈｙｄｒｏ?，?＾?、??＾??ｍ?Ｉ??Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ?ａｎｄ?Ｃ０３?？＇＝?？?：??．Ｖ?．?Ｆｕｅｌ?ｃｅｉｌ??—－?置??，ｒ?Ｈｉ?ｓｔｏｒａｇｅ?＾??ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ－ｐｏｗｅｒｅｄ?ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ?Ｆｕｅｌ?ｓｔｏｒａｇｅ?Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??圖１．２基于光或電化學過程的能源轉化發(fā)展示意圖［２］。??圖１．２所示為基于光或電化學過程的可持續(xù)能源轉化示意圖，從圖中我們可??以看出，氮、二氧化碳、水、氫、氧、氨這些小分子化合物在當前可持續(xù)能源轉??化過程中是非常重要的一環(huán)。通過電解水我們可以獲得氫氣和氧氣，這也是當前??情況下我們獲得氫能源的主要手段，此外，電解水生成的氧氣還可以用于可充電??燃料電池中。不僅如此，還可以通過將我們周圍的大氣中廣泛存在的可再生小分??子（例如：氮氣、二氧化碳等）通過水汽轉化或其他方式進一步轉變?yōu)榫哂懈??利用價值的化學產物（例如：氨氣、一氧化碳、甲烷、高熱值烯烴等）。上述諸??多能源轉換方式以及能源轉化所涉及的中間反應過程，都是當今社會科學家攻堅??２??
糖等）進行催化氧化或還原以解決能源、環(huán)境或人類健康問題。下文將對本??論文所涉及的幾種催化反應做簡單的介紹。??１．２．１電催化分解水反應??電催化分解水是當前轉換多余電能為氫能的一種有效手段，在電力系統發(fā)電??量比較富余的時候，將多余的電量用于電解水產氫，并將產生的氫氣儲存起來，??這樣一來，既可以發(fā)電系統功率不穩(wěn)定的問題，又可以有效地解決人們對于氫能??源的需求。如前所述，氫氣燃燒的熱值很高并且產物為不會造成二次污染的水。??當前商用電解水裝置一般用質子交換膜設備來電解水，如下圖１．３所展示的那樣??［３］，??ｒｈｈ??ＴＢ?Ｉｆ??Ｃａｔｈｏｄｅ：?■?Ａｎｏｄｖ：??＋??ｊＩＩＬ??■…■一?ｗ??Ｈ，０－？Ｈ，?＋?ＫＯ，??圖１．３質子交換膜電解槽示意圖。??質子交換膜電解槽（Ｐｒｏｔｏｎ?ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒ，?ＰＥＭＥＬ）通常??由以下幾部分組成：電解液（堿性、中性、酸性）；質子交換膜（只可傳遞質子，??不能夠傳遞１＾和０２）；陰極和陽極催化劑層幾個部分組成。質子交換膜電解槽??電解水時，陰極和陽極反應式分別為：??總反應：２／／２０－＞２／／２＋０２??陽極：２７／２〇４〇２＋４／Ｔ＋４ｅ－??陰極：４／Ｔ＋４ｅ－－＞２／／２??在不同的電解液條件下，陰極和陽極反應的機理都不盡相同：??酸性介質下，電解液中存在著大量的氫離子（Ｈ＋）：??Ｖｏｌｍｅｒ?過程為第一步：７／＋＋ｅ＿＋＊—??第二步反應為?Ｈｅｙｒｏｖｓｋｙ?過程：／／＊＋ｅ－＋／＾?－＞?／／２??或Ｔａｆｅｌ過程：２／／％４好２??酸性條件下的析氫反應過程總反應式為：２／／＋２６
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Pushing the activity of CO2 electroreduction by system engineering[J]. Hao Shen,Zhengxiang Gu,Gengfeng Zheng. Science Bulletin. 2019(24)
本文編號：2907520
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數】：156 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．丨未來綠色可持續(xù)的能源發(fā)展前景
ｓｓ??“：’氣雩＾——雜．－譯??——Ｉ：??ｒ１?＾?（Ｐｈｏｔｏ）ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ??Ｓｏｌａｒ，?ｗｉｎｄ，?ｈｙｄｒｏ?，?＾?、??＾??ｍ?Ｉ??Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ?ａｎｄ?Ｃ０３?？＇＝?？?：??．Ｖ?．?Ｆｕｅｌ?ｃｅｉｌ??—－?置??，ｒ?Ｈｉ?ｓｔｏｒａｇｅ?＾??ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ－ｐｏｗｅｒｅｄ?ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ?Ｆｕｅｌ?ｓｔｏｒａｇｅ?Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??圖１．２基于光或電化學過程的能源轉化發(fā)展示意圖［２］。??圖１．２所示為基于光或電化學過程的可持續(xù)能源轉化示意圖，從圖中我們可??以看出，氮、二氧化碳、水、氫、氧、氨這些小分子化合物在當前可持續(xù)能源轉??化過程中是非常重要的一環(huán)。通過電解水我們可以獲得氫氣和氧氣，這也是當前??情況下我們獲得氫能源的主要手段，此外，電解水生成的氧氣還可以用于可充電??燃料電池中。不僅如此，還可以通過將我們周圍的大氣中廣泛存在的可再生小分??子（例如：氮氣、二氧化碳等）通過水汽轉化或其他方式進一步轉變?yōu)榫哂懈??利用價值的化學產物（例如：氨氣、一氧化碳、甲烷、高熱值烯烴等）。上述諸??多能源轉換方式以及能源轉化所涉及的中間反應過程，都是當今社會科學家攻堅??２??
糖等）進行催化氧化或還原以解決能源、環(huán)境或人類健康問題。下文將對本??論文所涉及的幾種催化反應做簡單的介紹。??１．２．１電催化分解水反應??電催化分解水是當前轉換多余電能為氫能的一種有效手段，在電力系統發(fā)電??量比較富余的時候，將多余的電量用于電解水產氫，并將產生的氫氣儲存起來，??這樣一來，既可以發(fā)電系統功率不穩(wěn)定的問題，又可以有效地解決人們對于氫能??源的需求。如前所述，氫氣燃燒的熱值很高并且產物為不會造成二次污染的水。??當前商用電解水裝置一般用質子交換膜設備來電解水，如下圖１．３所展示的那樣??［３］，??ｒｈｈ??ＴＢ?Ｉｆ??Ｃａｔｈｏｄｅ：?■?Ａｎｏｄｖ：??＋??ｊＩＩＬ??■…■一?ｗ??Ｈ，０－？Ｈ，?＋?ＫＯ，??圖１．３質子交換膜電解槽示意圖。??質子交換膜電解槽（Ｐｒｏｔｏｎ?ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒ，?ＰＥＭＥＬ）通常??由以下幾部分組成：電解液（堿性、中性、酸性）；質子交換膜（只可傳遞質子，??不能夠傳遞１＾和０２）；陰極和陽極催化劑層幾個部分組成。質子交換膜電解槽??電解水時，陰極和陽極反應式分別為：??總反應：２／／２０－＞２／／２＋０２??陽極：２７／２〇４〇２＋４／Ｔ＋４ｅ－??陰極：４／Ｔ＋４ｅ－－＞２／／２??在不同的電解液條件下，陰極和陽極反應的機理都不盡相同：??酸性介質下，電解液中存在著大量的氫離子（Ｈ＋）：??Ｖｏｌｍｅｒ?過程為第一步：７／＋＋ｅ＿＋＊—??第二步反應為?Ｈｅｙｒｏｖｓｋｙ?過程：／／＊＋ｅ－＋／＾?－＞?／／２??或Ｔａｆｅｌ過程：２／／％４好２??酸性條件下的析氫反應過程總反應式為：２／／＋２６
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Pushing the activity of CO2 electroreduction by system engineering[J]. Hao Shen,Zhengxiang Gu,Gengfeng Zheng. Science Bulletin. 2019(24)
本文編號：2907520
本文鏈接：http://www.wukwdryxk.cn/shoufeilunwen/gckjbs/2907520.html
教材專著
