多级孔生物质活性炭的制备及其析氧反应性能的研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文多级孔生物质活性炭的制备及其析氧反应性能的研究论文作者：邳雨桐学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：化学工艺指导教师：任铁真职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemicalTechnologyPREPARATIONANDPERFORMANCEOFOXYGENEVOLUTIONREACTIONOFHIERARCHICALPOROU

2、SACTIVATEDCARBONbyPiYutongSupervisor:Prof.RenTiezhenMay2017摘要氢能由于具有良好的导热性，较少的污染，丰富的来源等优良特性，使得生产氢气的装置--电解水制氢技术的发展备受人们青睐。电解水是在电解槽中通过施加一定的电压将水分解，在阴极析出的是氢气，其反应称为析氢反应（HER）；阳极析出氧气，其反应称为析氧反应（OER）。制约着氢气产量的主要因素是阳极析氧催化剂。因此需要研究新型析氧催化剂，使其具有较低的析氧过电位，这对提高电解水制氢的效率和长

3、远的解决能源短缺问题具有重要意义。目前活性较高的催化剂有贵金属（Ru，Ir），非贵金属（Co，Ni基氧化物和氢氧化物）和非金属（碳纳米管，石墨烯等）等。而对于非金属材料--活性炭应用于电解水析氧反应的研究鲜有报道。本论文致力于从不同角度制备多孔活性炭材料，并通过其在电解水析氧反应中的电化学数据来衡量材料性能。以落叶为炭源，以K2CO3，KOH和K2CO3混合物为活化剂制备多孔活性炭材料，结果表明以KOH和K2CO3混合物为活化剂制备的活性炭具有分等级孔结构，高比表面积和丰富的含氧官能团。这些都为物

4、质传输，电荷转移提供了有利条件进而促进析氧反应活性，所得材料的析氧电位为1.596Vvs.RHE。经过盐酸洗涤的等级孔活性炭材料具有较低的析氧活性，表明材料中存在的灰分的组成与含量对活性炭有一定的影响。以落叶，棉秸秆，松针，芦苇和草为生物质炭源，使用相同的活化剂（KOH和K2CO3混合物为活化剂），相同的活化工艺制备多孔生物质活性炭材料，并将其应用在电催化析氧反应的研究中，比较各材料的差异性和析氧反应活性。实验证明，上述所得活性炭均具有多孔结构和一定的催化活性，但以落叶为炭源的生物质活性炭材料具有

5、最为优异的析氧反应活性，该材料良好的催化活性源于其高度发达的孔隙，较高的活性位点，较多的含氧官能团和一定的微量元素。关键词：析氧反应，活性炭，多级孔结构，电化学性能IABSTRACTHydrogenhasaquantityofexcellentcharacters,suchasoutstandingthermalconductivity,environmentfriendly,arichsource,etc.Thusthehydrogenproducingdevice—watersplitting

6、processinducesgreatattention.Thetwohalt-reactionexertinwatersplittingsystemistheoxygenevolutionreaction(OER)andthehydrogenevolutionreaction(HER).ThehighoverpotentialandthelowefficiencyforelectrochemicalcatalystinOERlimitstheyieldofhydrogeninthereactio

7、nofelectrochemicalsplittingofwater.ItisverysignificanttoinvestigatethenewtypeofOERcatalysts,whichconducetoenhancetheefficiencyofhydrogenandsolvetheproblemofenergyshortage.Uptonow,themostpopularcatalystsarethosenoblemetalmaterials(Ru，Ir),non-noblemetal

8、materials(Co,Nibasedcatalysts)andsomecarbonmaterials(carbonnanotube,graphene,etc.).TherearerarereportsabouttheactivatedcarbonappliedinOER.Inthisthesis,wepreparetheporousactivatedcarbonmaterialsandevaluatetheirOERactivitybytheelectro-chemicalda