非金属掺杂镍基氢氧化物在电催化中的应用开题报告

 2022-01-13 21:09:43

全文总字数:6406字

1. 研究目的与意义(文献综述)

能源匮乏与环境污染问题在当今世界日益严重。目前,氢气作为高效、清洁能源而成为最有前景的能源之一,有望能解决能源环境问题。在诸多制取氢气的方法中,电解水制氢由于原料广泛清洁、无污染、稳定性好,产物纯度高的优点受到关注。电化学分解水包括析氢反应(hydrogenevolution reaction,her)和析氧反应(oxygenevolution reaction, oer)两个半反应,其中析氧反应由于与太阳能电池、金属空气电池和燃料电池等多种可再生能源系统相结合,近年来受到广泛关注[1-2]

析氧反应涉及多步质子耦合和四电子转移过程,同时动力相对her过程更加迟缓[3],要以可观的速率驱动这个电化学反应需要一个远远高于理论电位(1.23v)的驱动电压。因此,开发高效、低成本的析氧反应电催化剂,降低析氧反应所需的能垒,加快其反应进行速率是提高水电解效率从而制取氢气、氧气的关键[4-7]

在oer催化剂中,铱和钌基贵金属复合物被认为是最高效的析氧反应催化剂之一,但其稀缺性和高成本严重限制了其在析氧反应催化方面的应用[8-9]。因此,面向析氧反应的高效、廉价、长寿命电催化剂的开发对于电解水制氢的发展起着举足轻重的作用。

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2. 研究的基本内容与方案

[1]设计的基本内容

电解水制氢是清洁可再生能源发展的重要途径之一。水的电解包括析氢和析氧两个反应,析氧反应涉及多步质子耦合和电子转移过程,反应过程在动力学上较为缓慢,因此成为限制电解水反应的“瓶颈”反应。本研究从非金属掺杂ni基氢氧化物出发,利用阴离子掺杂的形式,探究其界面结构与性质的变化,进一步探究催化剂设计与构筑的规律与策略。研究的主要内容如下:

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3. 研究计划与安排

2019.10.01-2019.10.17(第5~7周)查阅相关文献资料,了解ni基、fe基等oer催化剂当前的研究进展,熟悉并掌握各种实验设备和测试仪器的操作,撰写开题报告。

2019.10.18-2019.10.28(第7~8周)样品试制阶段,根据实验情况调整方案。

2019.10.29-2019.11.17(第9~11周)样品制备阶段,利用空闲时间完成英文翻译。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] tang c, wang hs, wang hf, et al.spatially confined hybridization of nanometer-sized nife hydroxides intonitrogen-doped graphene frameworks leading to superior oxygen evolutionreactivity [j], adv mater 2015, 27 (30): 4516-4522.

[2] wangxt, ouyang t, wang l, et al. redox-inert fe(3 ) ions in octahedral sites ofco-fe spinel oxides with enhanced oxygen catalytic activity for rechargeablezinc-air batteries [j], angew chem int ed engl 2019, 58 (38): 13291-13296.

[3] huangc, zou y, ye yq, et al. unveiling the active sites of ni-fephosphide/metaphosphate for efficient oxygen evolution under alkalineconditions [j], chem commun (camb) 2019, 55 (53): 7687-7690.

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