镍钼基催化剂的制备及其尿素电解性能研究.pdf

分类号：保密级别： UDC：编号：工程硕士论文镍钼基催化剂制备及尿素电解性能研究硕士研究生：李双峰：工程硕士学科专业：化学工程与工艺：材料科学学院化学工程论文提交日期：2020年12月27日论文答辩日期：2021年学位授予单位：哈尔滨工程大学：UDC: Eng.-Mo-:or:.ialty:ion:,ion:,: 镍钼-的制备研究电化学全水分解反应由两个半反应组成，即发生在阴极的析氢反应（ction，HER）和发生在阴极的析氧反应（ion，OER）阳极。理论上，OER反应需要较高的电势从而限制了水电解制氢技术的大规模应用。

尿素氧化反应（n，UOR）需要较低的理论电势，整个反应过程仅产生N2、H2和CO2，不会对环境造成污染。利用UOR反应代替OER反应的尿素电解制氢技术是一种很有前景的电化学制氢方法。然而，UOR反应中涉及的6e反应和不清楚的反应机理仍然是该技术面临的问题。提高其性能的关键是探索高效的尿素电氧化制氢双功能催化剂。本文通过催化剂的设计和优化，制备了一种对HER和UOR具有良好催化效果的镍钼基催化剂。内容如下：通过电沉积的方法在碳布上沉积镍钼合金催化剂（MoNi4@CC），控制其他条件不变，改变沉积溶液的沉积时间、沉积电流密度和镍钼比，并通过相关电化学测试发现UOR和HER工艺的最佳沉积时间均为1h，最佳沉积电流密度为-2。 HER工艺中，沉积液最佳镍钼配比为1:4，而UOR工艺中，最佳沉积液配比为1:4。最佳镍钼比为3:2。采用优化后的HER催化剂作为工作电极，在1 mol-1KOH的溶液体系中，电流密度达到-0，过电位仅为26mV，塔菲尔斜率为-1；采用优化的UOR催化剂作为工作电极，在1 mol-1KOH的溶液体系中，与0.5 mol-1尿素的混合溶液中，需要1.399的电位才能达到-2的电流密度，Tafel斜率为-1。

组装好的尿素电解槽仅需1.48V即可达到-2的电流密度，比水电解低0.21V，在10%的稳定性测试中表现出良好的稳定性。采用简单的水热法制备了自支撑NiMoO前驱体，保持其他条件不变，改变水热时间和水热温度来制备不同的催化剂进行优化。经过对比测试，发现HER和UOR工艺的最佳水热方案。时间均为4h，最佳水热温度为150℃。在管式炉中进一步低温磷化处理后，制备出自支撑Ni(PO3)2-@NF催化剂。相关电化学测试发现，当磷化温度为350℃、镍钼比为1:1时，催化剂在HER和UOR工艺中均表现良好。它具有最好的催化性能。当用作工作电极时——在1KOH的溶液体系中，电流密度为-2，需要50mV的过电位，塔菲尔率为-1——在1KOH和0.5mol-1尿素的混合溶液中，达到—— 2电流密度要求电势为1.384，塔菲尔斜率为-1。组装好的尿素电解槽仅需1.50V即可达到-2的电流密度，比水电解低0.8V，在10%的稳定性测试中表现出良好的稳定性。哈尔滨工程大学硕士学位论文关键词：尿素电解; 镍钼基催化剂；合金; 水热法；磷化物镍钼基催化剂的制备及其尿素电解性能研究,(HER)ion(OER),-yn(UOR )ial,,H2,,.,,.,-.,--.-yst( MoNi4@CC).,,on,nts., -80mA cm -2 - 比例 1:4, 使用时, mV - 10 mA cm -2 -1KOH, 82mV dec -1 使用 -1KOH 0.5mol -1 脲时10 mA cm -2 93mV dec -1 电池需要 10mA cm -2 ，自供电。其他，哈尔滨工程大学硕士学位论文