论文总字数：21395字

摘 要

由于全球工业化的快速发展，化石能源的过度使用导致生态平衡失调等问题日渐严重，清洁、安全、可持续的新型能源引起广大学者的普遍关注。氢能由于原料丰富、价格便宜、优良的催化活性被认为极具潜力的能源，电解水制氢是比较有效的方法，而制备优良的复合电极是电解水制氢的关键。

本文中是采用粉末烧结法，取适量Ni粉压实紧密装填在玻璃管中，然后放入管式炉中，分别在不同温度下进行烧制。然后将烧制完成的多孔Ni分别进行切割打磨成平滑的多孔Ni薄片试样，然后通过全自动孔径分析仪分别对其多孔Ni薄片试样进行孔径分析、通量测试，同时根据阿基米德原理进行孔隙率的计算，然后对不同温度下制得的多孔Ni进行直径、体积、密度、收缩率等的计算，通过进行对比分析，最终得出制备 800 ℃ 制备多孔Ni外观和性能最好。

关键词：钙钛矿 复合电极 电解水 析氢 析氧 多孔Ni

Preparation and characterization of porous Ni electrode

Abstracts

In this paper, the method of powder sintering is adopted. A proper amount of Ni powder is compacted and packed tightly in the glass tube. Then it is put into the tube furnace and fired at different temperatures. After that, the sintered porous Ni was cut and polished into smooth porous Ni flake samples. Then the porous Ni flake samples were analyzed by full-automatic aperture analyzer, and the flux was measured. At the same time, the porosity was calculated according to Archimedes principle. Then the diameter, volume, density and shrinkage of the porous Ni at different temperatures were calculated Through comparative analysis, it is concluded that the appearance and properties of porous Ni prepared at 800 ℃ are the best.

Then, PSCF and PSCFR catalyst powders were prepared by solid-phase method and sol-gel method. Then the PSCFR catalyst was loaded onto porous Ni by thermal spraying to form PSCFR- porous Ni composite electrode. Then the electrochemical impedance spectroscopy, chronopotentiometry and linear sweep voltammetry were used to test the performance of oxygen evolution and hydrogen evolution, respectively, to verify whether the composite electrode can be used for hydrogen production from electrolytic water.

Keywords: Perovskite; Composite electrode; electrolyte; Hydrogen

evolution reaction; Oxygen evolution reaction; Porous Ni.

目录

摘 要 I

ABSTRACTS II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 电解水制氢简介 1

1.3 析氧、析氢反应 2

1.3.1 析氧反应概况 2

1.3.2 析氢反应简介 2

1.4 电解水催化剂 3

1.4.1 析氧催化剂 3

1.4.2 析氢催化剂 4

1.5 钙钛矿型复合氧化物介绍 5

1.5.1 钙钛矿的组成和结构 5

1.5.2 复合钙钛矿常见的制备方法 6

1.6 多孔Ni电极简介 8

1.6.1 多孔电极概述 8

1.6.2 Ni电极的特点 8

1.6.3 多级Ni电极的简介 8

1.7 本论文研究目的和工作内容 9

第二章 实验部分 11

2.1 实验试剂与仪器 11

2.2 多孔Ni的制备 12

2.2.1 多级Ni烧制前的准备工作 12

2.2.2 管式炉操作注意事项 12

2.2.3 多孔Ni孔隙率测定方法 12

2.24 多孔Ni孔径分析 13

第三章 结果与讨论 14

3.1 多孔Ni样貌对比 14

3.2多孔Ni孔径分析 15

3.3孔隙率对比 16

第四章结论 18

第五章 展望 19

参考文献 20

致谢 23

第一章 文献综述

1.1 引言

由于全世界工业化发展迅速，对能源的过度开发和使用,工业化快速获益使这些工业忽视其带来的危害，导致能源短缺、全球气候变暖、大气层受到破坏、温室效应、河道污染、生态平衡失调等问题，随着这些情况的出现，国家和人们越来越关注绿色安全环保的新型能源。因此现代社会对可持续、安全易得及环保的能源的需求正在不断增长^[1-2]。

氢^[3]具有以下特点：氢来源广泛，是地球上最多的元素，有不同的储存方法，方便运输，较长距离内可传输，同时损失最低，附件能量的形式也可通过更多的方式转化，热量更加宽泛，比传统大多数化石燃料具有较高的热量和较低的热量。其次，氢气一种优良的能源载体，是由于利用电解水技术在氢能和电能之间能实现两者相互间的高效转化，氢气经过压缩后能量密度变大，氢气用于电网被认为极具发展潜力的气体。

可以通过氢燃料电池或直接燃烧这两种方法制得生成物——无污染的水，同时制得的水经过回收后再进行电解反应制得氢气，氢气当然也可以和二氧化碳气体进行催化加氢反应制得液态燃料^[4]，与此同时储氢方面的材料也有新的发现以及其相关技术有新的进展，因此氢能源在各个领域的制备和应用被一些能源领域学士广泛关注^[5-6]。

1.2 电解水制氢简介

电解水制氢的原理是在作为碱性水溶液中，电极两端均通入直流电，水经过分解反应，生成物氧气从阳极上析出，同时另一生成物氢气从阴极上析出。

由于考虑装置成本费用和电解速率等，水电解制氢环境大都为碱性水溶液。通常水电解过程中会发生析氢和析氧反应，这两个半反应的动力学可以很大程度上提高水解速率，与此同时，电解技术面临着成本过高和能耗太大的问题^[7]，因此，探索便宜易得、性能优异的析氧和析氢电催化剂是电解水制氢的研究方向。

1.3 析氧、析氢反应

水电解制氢分为析氢反应和析氧反应两个过程。阳极上，通过电催化水氧化氢基OH^– 生成H₂O并析出O₂ (式1-1)，这个过程为析氧反应；阴极上，氧化剂 H₂O经还原反应生成OH^– 离子从电极表面析出以及析出 H₂ (式1-2),这个过程称为析氢反应。

请支付后下载全文，论文总字数：21395字