基于银纳米线构建复合电催化剂的研究

发布时间：2020-12-28 04:23

　　能源匮乏与环境污染的日益加剧使电解水技术得到了广泛研究。析氢反应（HER）和析氧反应（OER）是电解水过程中的两个半反应过程。现今,铂碳（Pt/C）被认为是最佳的HER催化剂,而IrO₂与RuO₂被认为是最佳的OER催化剂。但是,由于贵金属催化剂的高成本及稀缺性限制了其在电解水技术中的应用。因此,非Pt、少Pt催化剂受到越来越广泛的关注,然而,非Pt、少Pt催化剂又往往存在制备时间长,制备过程复杂等缺点。在本论文中,我们基于银纳米线设计合成了系列复合纳米材料,并将其应用于电催化性能研究。主要内容如下:1、通过在银纳米线修饰含氮聚合物,结合Pd纳米粒子,经高温一步制备出界面组成为Pd-C/N的电催化剂。具体包括:以包覆多巴胺的AgNWs为基底吸附直径为4 nm左右的Pd纳米颗粒,经高温煅烧得到了Pd负载的C/N掺杂Ag纳米线（Pd-C/N-AgNWs）。我们详细研究了煅烧温度对催化性能的影响,并且发现煅烧过程中所形成的Pd-C/N界面有助于提高HER催化性能。该催化剂在-10 mA/cm²时的过电势仅为111 mV,Taf... 

【文章来源】：深圳大学广东省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

催化剂在酸性电解液中HER的两种机理[4]

基于银纳米线构建复合电催化剂的研究近年来，由于碳基催化剂对酸/碱有稳定的化学性质并具有低过电位等属性激发了许多科研人员的兴趣[5]。特别地，杂原子（如 N，S，P，B 或其他）作为碳的掺杂剂，可以调节碳的物理和化学性质，以获得更多的反应位点。更重要的是，这一方法可以提高吸附原子/分子进行催化反应的能力，并且基本不损害导电性能。1.3.2.1 N 掺杂碳催化剂

图 1.3 （a）g-C3N4@x-pGr 的合成过程机理图[16]；（b）Graphene 和（c）（d）纳米孔状 Graphene的 TEM 图[16]。Fig.1.3 (a) Schematic representation of the growth of g-C3N4@x-graphene (x S, Se, S-Se)[16]. TEMimages of (b) pure graphene and (c and d) nanoporous graphene[16].掺杂其他杂原子（例如：B[13]和 S[14]）电催化活性的研究引起了越来越多的注意。Asefa 等[13]报道了一种简便的湿化学合成方法合成了 B 掺杂石墨烯的无金属电催化剂，该催化剂表现出了低的起始电位（200 mV）及相对低的 Tafel 斜率（99 mV/dec）。此外，Amini 等[15]成功地合成了掺 S 的石墨烯纳米片，表现出了更高的活性。为引入结构缺陷，他们将 S 掺杂物在石墨烯晶格中，形成 S-C 键，这似乎与 HER 的活性中心有关。Lees 课题组[16]报道了将 g-C3N4与 S、Se 或 S-Se 掺杂的石墨烯偶联而成的分子无金属催化剂（图 1.3）。Chen 等[17]利用花生根瘤热分解，制备了硫氮自掺杂碳纳米片作为高效的非金属催化剂。电化学测试表明，该催化剂在酸性条件下中具有明显的电催化活性，过电位仅为 27 mV，Tafel 斜率为 67.8 mV/dec，催化稳定性较好。


本文编号：2943116