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碳基材料在电催化析氢反应中的应用

论文摘要

氢作为一种高燃烧热值的清洁能源载体,对于解决当前日益严峻的能源短缺和环境污染问题具有重要意义。与传统的化石燃料(如天然气、煤)重整制氢相比,电催化分解水作为一种清洁可再生的制氢工艺具有重要的应用前景。但目前常用的电解水析氢反应(HER)催化剂多为贵金属基(如Pt)材料,储量稀少且成本高昂,因此开发低成本、高活性的非贵金属HER催化剂是当前该领域研究面临的重要挑战。本文综述了近年来碳基材料用于HER催化研究的相关进展。根据碳基材料在HER催化剂中扮演的功能将其分为两大类:活性相和复合相。作为活性相时,通过异质原子掺杂等方式激活其本征活性,直接应用于催化析氢反应;作为复合相时,其作用有导电基底、高分散载体、耐腐蚀防护层等,通过协同增强效应,提高复合催化剂的整体活性,目前个别非贵金属催化剂的活性几乎可以与Pt基催化剂相媲美。本文总结了这些新型碳基HER催化剂的研究进展及其性能调控策略,并对未来开发低成本、高效率的HER催化剂的探索方向进行了展望。

论文目录

  • 1 前言
  • 2 析氢反应电化学
  • 3 碳作为HER催化剂的活性相
  •   3.1 单种原子掺杂炭
  •   3.2 多种原子掺杂炭
  •   3.3 其他非金属碳基材料
  • 4 碳基材料作为HER催化剂的复合相
  •   4.1 多孔炭作为HER催化剂的载体
  •   4.2 无定形炭壳作为HER催化剂的包覆层
  •   4.3 炭纤维作为HER催化剂的基底
  •   4.4 石墨烯作为HER催化剂的载体
  •   4.5 纳米碳管作为HER催化剂的载体
  •   4.6 以MOFs为前驱体的炭层作为HER催化剂的包覆层
  • 5 结论和展望

    • 文章来源

    类型: 期刊论文

    作者: 张泽霞,吕瑞涛,黄正宏,康飞宇

    关键词: 碳基材料,析氢反应,电催化剂,电解水制氢,纳米结构,催化活性

    来源: 新型炭材料 2019年02期

    年度: 2019

    分类: 工程科技Ⅰ辑

    专业: 无机化工,有机化工

    单位: 清华大学材料学院先进材料教育部重点实验室,新疆师范大学物理与电子工程学院,清华大学深圳研究生院

    基金: 国家自然科学基金(51722207,11364043),国家重点基础研究发展计划项目(2015CB932500)~~

    分类号: TQ426;TQ116.2

    DOI: 10.19869/j.ncm.1007-8827.2019.02.001

    页码: 115-131

    总页数: 17

    文件大小: 7561K

    下载量: 691

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    本文来源: https://www.lunwen66.cn/article/b3a1b884c4b82b938fbba29f.html