铜基非贵金属催化剂的可控制备及其分解水性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

随着人类社会的飞速发展,各项科技取得了重大突破,但是关于能源的问题一直困扰着科技的发展和社会的进步。氢气(H2)被认为是化石燃料的理想替代品,但是开发氢能必须解决制氢的技术问题。制氢的方法主要包括电解水制氢、光解水制氢、矿物燃料制氢和生物质制氢等方法。在电解水过程中,有两个半反应即析氢反应(HER)和析氧反应(OER)。然而,HER和OER的效率都不高,特别是OER过程,由于涉及到4电子转移和高活化能,OER成为制约电解水效率的最大瓶颈。目前,最好的OER催化剂主要是二氧化铱(IrO2)和二氧化钌(RuO2),它们在OER过程中的起始电位一般非常小,但是在大电流密度如100和500 mA cm-2下的过电势仍然很大,更不要提大规模电解水所需要的1000 mA cm-2等更大的电流密度。此外,这些催化剂的价格昂贵、储量稀少,这些因素进一步限制了它们的大规模应用。因此,全球的科研工作者投入了大量精力研发高效且廉价的OER催化剂来替代这些贵金属材料。

金属铜(Cu)是传统的碱性电解水阳极材料,金属Cu及其氧化物在现有的材料中阳极过电位较低,并且具有较高的耐腐蚀性。泡沫Cu的导电性和延展性好,且制备成本比泡沫镍低,导电性能更好,可将其用于制备电池负极(载体)材料、催化剂载体和电磁屏蔽材料。泡沫Cu具有孔径可控范围宽、流体透过性能好、能量吸收和消声性能强、比表面积大、毛细管滞留能力强以及较好机械性能等优点,被广泛应用于工业电化学反应电极和燃料电池电极,作为触媒载体可用来净化机动车尾气和工业废气、废水,还用作过滤加热等用途。

20世纪50-60年代采用铸锭冶金的粉末冶金方法制取多孔或泡沫金属材料,以节省金属或者应用于特殊场合。20世纪80年代以来,采用湿法冶金和电化学方法生产泡沫金属材料的工艺日趋成熟,较有代表性的就是泡沫Cu。而目前连续型泡沫铜的需求很大,基本处于供不应求的状态,于是研究更好的制备泡沫Cu的方法,提高泡沫Cu的生产质量有着深刻的意义。

Cu基电催化材料已经被广泛应用于HER(氧化物、磷化物和硫化物等)和OER(氧化物、氢氧化物和氮化物等)。然而,为了实现全解水,HER与OER反应都必须在强酸强碱环境下工作以获得最小的过电势,这对于大部分非贵金属电催化剂来说是一种极大的挑战。因此设计与制备苛刻环境下能高效分解水并极大降低过电势的电催化材料将是非常有意义的研究。

您需要先支付 5元 才能查看全部内容!立即支付

该课题毕业论文、开题报告、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找,微信号:bysjorg 、QQ号:3236353895;