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电极MnO_2/C复合电极制备与其析氧化性能

收藏本文 2024-02-13 点赞:16804 浏览:72032 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:氢能是世界公认的清洁能源,它作为低碳和零碳能源正受到人们越来越多的关注。水电解制氢是工业上最重要的制氢策略之一,但其较高的阳极过电位导致电解历程效率较低、电解水能耗较大,由此探讨和开发高性能阳极材料,降低析氧过电位是降低电解水能耗的关键。本论文通过循环伏安法和恒电位法在0.1M Na2SO4+0.1M Mn(CH3COO)2电解液中,于石墨电极表面沉积Mn02薄膜,并采取扫描电子显微镜(SEM)及原子力显微镜(AFM)对镀层形貌进行表征。结果表明:采取恒电位法能够在石墨基体表面得到蜂窝状的均匀MnO2镀层;MnO2沉积量约为94.5μg·cm-2时,MnO2/C复合电极具有较好的析氧性能;在恒电位电解水后,由于MnO2对石墨基体的保护作用而使复合电极具有较低的CO2析出率。采取稳态极化曲线和交流阻抗谱探讨pH=13NaOH电解液中OH-在石墨电极及MnO2/C复合电极上的析氧反应历程并计算其动力学参数。结果表明OH在两种电极上的氧化反应均受电荷传递速率制约。通过对稳态极化曲线的拟合结果可知:石墨电极析氧历程的Tafel斜率在低电位时为27mV·dec-1,在高电位时为89mV-dec-1; MnO2/C复合电极析氧历程的Tafel斜率在低电位时为27mV·dec-1,在高电位时为79mV·dec-1; MnO2/C复合电极Tafel斜率较小说明其极化电阻较小。通过对阻抗谱拟合数据的计算可知,石墨电极析氧反应电荷传递电阻Rct,0为2.8×104Ω·cm2,交换电流密度i0为2.9×10-6A·cm-2; MnO2/C复合电极的Rct,0为2.1×103Ω·cm2, i0为5.6×10-5A·cm-2;即MnO2/C复合电极具有较小的析氧反应电荷传递电阻Rct,0和较大的析氧反应交换电流密度i0。由此采取MnO2镀层修饰石墨电极能够降低析氧反应阻力,提升石墨电极的析氧催化活性。关键词:水电解论文NaOH论文MnO_2/C复合电极论文析氧催化论文动力学参数论文

    摘要5-6

    Abstract6-10

    第1章 绪论10-21

    1.1 电解水工业的进展概况10-11

    1.2 碱性水电解阳极材料的探讨11-13

    1.2.1 金属与合金电极11-12

    1.2.2 金属氧化物电极12-13

    1.2.3 复合镀层电极13

    1.3 石墨电极的探讨13-16

    1.3.1 石墨电极的性能及运用13-14

    1.3.2 碱性溶液中石墨阳极的析氧14-16

    1.3.3 石墨电极有着的不足及解决办法16

    1.4 二氧化锰(MnO_2)修饰电极的探讨进展16-20

    1.4.1 MnO_2的结构16-18

    1.4.2 电极活性材料MnO_2的运用18-19

    1.4.3 MnO_2修饰电极的制备策略19-20

    1.5 本论文的探讨目的和探讨内容20-21

    第2章 实验条件及探讨策略21-29

    2.1 主要材料与试剂21-22

    2.2 实验仪器与设备22

    2.3 电极的制备22-24

    2.3.1 石墨电极的制备22-23

    2.3.2 辅助电极的制备23

    2.3.3 MnO_2/C复合电极的制备23-24

    2.4 实验内容24-29

    2.4.1 循环伏安法在石墨电极上电沉积氧化锰24-25

    2.4.2 恒电位法在石墨电极上电沉积氧化锰25

    2.4.3 石墨电极和MnO_2/C复合电极的稳态极化曲线测试25-26

    2.4.4 石墨电极和MnO_2/C复合电极的交流阻抗测试26-27

    2.4.5 MnO_2/C复合电极红外光谱测试27

    2.4.6 石墨电极和MnO_2/C复合电极原子力显微镜形貌表征27-28

    2.4.7 MnO_2/C复合电极扫描电镜形貌表征28

    2.4.8 恒电位电解水析氧量的测定28-29

    第3章 MnO_2/C复合电极的制备及表征29-35

    3.1 引言29

    3.2 实验结果与讨论29-34

    3.2.1 循环伏安法电沉积MnO_229-30

    3.2.2 恒电位法电沉积MnO_230-32

    3.2.3 MnO_2修饰电极的表面SEM浅析32-33

    3.2.4 MnO_2镀层红外光谱浅析33-34

    3.3 小结34-35

    第4章 MnO_2/C复合电极析氧催化性能探讨35-60

    4.1 引言35

    4.2 实验结果与讨论35-58

    4.2.1 石墨电极析氧历程的稳态极化探讨35-39

    4.2.2 MnO_2/C复合电极析氧历程的稳态极化探讨39-42

    4.2.3 石墨电极析氧历程的交流阻抗浅析42-49

    4.2.4 MnO_2/C复合电极析氧历程的交流阻抗浅析49-54

    4.2.5 MnO_2镀层的抗析氧腐蚀性能浅析54

    4.2.6 电极表面的AFM形貌图54-58

    4.3 小结58-60

    第5章 结论60-61

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