碳基非贵金属复合催化剂的电催化性能研究

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1、碳基非贵金属复合催化剂的电催化性能研究Theapplicationofcarbon-basedandnon-noblemetalliccompoundsmaterialsinelectrochemicalcatalysis学科专业：材料学作者姓名：贺佳男指导教师：杨贤金教授天津大学材料科学与工程学院二零一七年十二月摘要氢气被视为一种理想的能源载体，是解决环境污染，能源短缺的重要途径。氢气的应用可以分为两个部分：一是制备氢气；二是将氢气转化为电能。在制氢的各类方法中，由于电解水产氢效率高，无污染，氢气纯度高，被视为实现大规模产氢的重要

2、方法之一。为了降低制氢过程中的电能损耗，我们通常需要使用催化剂材料降低析氢过电位，目前，贵金属材料铂被认为是最有效的析氢催化剂，但是铂的资源短缺，价格昂贵，不易于其商业应用。碳化钼由于其特殊的电子结构被称为“类铂催化剂”，有望在未来的析氢产业中取代铂材料。但是碳化钼材料本身容易发生团聚现象，不利于其催化性能，我们通过制备复合材料的方法来提高其催化性能。通过将碳化钼负载在碳纸表面，合成了自支撑催化剂材料Mo2C@CFP，可以获得析氢性能优良的催化剂。而且随着电化学测试时间的延长，该催化剂的析氢性能逐渐提高，最终析氢过电位可达-45mV

3、，几乎与5%的Pt/C的析氢性能相同。此外，在氢能源的应用中，将氢气转化为电能的过程也非常重要，通常是利用燃料电池将氢能与氧气反应产生水和电能。为了提高能量的转化率，需要使用氧还原催化剂材料，在这里我们通过模板法制备了介孔碳分子筛OMCs，并将OMCs与三氧化二铁颗粒复合，合成了OMCs-Fe2O3氧还原催化剂。由于OMCs碳材料比表面积大，结构稳定且电子传导能力强；Fe2O3具有强的氧化还原性，可以增加材料的活性位点，因此该复合材料具有非常大的比表面积，并展现出了优异的氧还原性能，强的稳定性和抗甲醇性，是一种良好的氧还原催化剂材料

4、。关键词：电解水，析氢催化剂，碳化钼，多孔碳，自支撑材料，氧还原催化剂，三氧化二铁IABSTRACTHydrogen,anidealenergycarrier,isacrucialsolutiontotheenvironmentalpollutionandtheshortageofEnergy.TheapplicationofHydrogencanbedividedintotwosides:thehydrogenproductionandconvertinghydrogentoelectricity.Amongthemethodso

5、fhydrogenproduction,watersplittingisrecognizedasaneffectiveapproach.Becausethiswayisefficient,environmentalfriendlyandcanproducehydrogeninhighpurity.Inordertoreducethepowerlossduringthehydrogenproductionprocess,suitablecatalystsisnecessary.Atpresent,platinumisprovedtob

6、ethemosteffectiveelectrocatalysts.However,thecommercialapplicationislimitedduetotheresourceshortageandhighprice.Molybdenumcarbideownsspecialelectronicstructureandisexpectedtoreplaceplatinumcatalysts.ButtheMo2Cparticlesareeasytoagglomeration,whichimpedesitscatalyticperf

7、ormance.Herein,wesynthesisacompositematerialwhichpossessesexcellentpropertiesforhydrogenevolution.Mo2CcanbeloadedonthesurfaceofCFPviahydrothermalprocessingandheattreatment.Moreover,thehydrogenevolutionperformanceisgraduallyimprovedwiththeincreasingoftimeandthecatalyste

8、xhibitsoutstandingHERperformancewithanoverpotentialof-45mV,whichisalmostashighastheoverpotentialof5%Pt/C.Furthermore,