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能源是支撑社会经济发展的物质基础。目前人类使用的能源是以石油、煤炭等为代表的化石燃料为主,化石燃料是一种有限的、不可再生的资源,大量使用的同时也带来了严重的环境污染.我国是以煤炭为主要能源的国家,但是目前煤炭利用率低,污染严重。发展洁净煤技术,提高煤炭利用效率、减少污染物排放对我国国民经济发展具有重要的现实意义。氢能作为绿色能源,有着诸多优点。根据我国以煤为主的能源结构特点,大力发展以煤炭为原料制取氢气的技术,可以解决煤的清洁利用和新能源氢气的开发-21世纪的两大课题,因此具有极大的研究价值和现实意义。
本文对电解煤浆制氢这一新的技术进行了研究,主要致力于解决煤浆电解制氢所需的高活性催化电极这一关键问题。首先我们制备了Ti基铂铁合金催化电极。对Ti基体进行前处理,通过恒电流法和热处理相结合的方法首次成功地制备了Ti/Pt-Fe合金电极。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子能谱(EDS)以及等离子发射光谱(ICP)等方法对所制备电极表面形貌、组分的合金化程度、催化层成分组成以及电极寿命等进行了表征;在煤浆电解过程中,采用两电极体系,对所制备电极的电催化活性进行了测试。结果表明:所制备的电极表面呈层状结构,且有大量峰形突起,催化层形成了PtFe合金,合金化程度较高,与同面积的铂片电极、Ti/TiO2Pt-Ru电极相比,大大提高了电催化活性,降低了电极成本。
电极的催化活性虽得到了较大的提高,但长期以来对煤浆电解制氢机理的研究却少见报道。加深对煤浆电解制氢机理的认识无疑会有利于催化电极的开发研究和最佳工艺条件的选择。本文着重通过元素分析、红外光谱、气相色谱/质谱联机来对电解煤浆的阳极产物进行分析研究,同时结合工艺条件的各因素影响,对电解的机理进行了进一步的探讨。