掺杂的过渡金属化合物纳米材料及其电催化性能研究

发布时间：2021-09-22 03:30

　　随着日益增加的环境污染和能源需求,促使人们寻找和利用低成本、高效率且环境友好的可持续能源转换技术。电解水反应被认为是大面积制氢中最有效的方法之一。电解水反应可分为两个半反应:阳极析氧（OER）和阴极析氢（HER）,这两个半反应对于高效全解水都非常重要。目前,贵金属铂和氧化钌是最高效的HER和OER电催化剂,但是其有限的储量和高昂的价格限制了其广泛的商业应用。因此,开发高效廉价的非贵金属电催化剂具有非常重要的意义。杂原子掺杂的过渡金属催化剂,具有可调的电子结构和较好的导电性,可有效提高过渡金属化合物材料的电催化活性。针对目前过渡金属电催化剂适用范围受限、催化活性不高以及反应机理不明确等问题,本论文围绕过渡金属电催化剂的开发和应用进行了一系列的研究工作,旨在明确催化剂结构和电催化性能之间的构效关系,探索其内在反应机理。主要包括以下内容:（1）结合水热和低温磷化方法,成功在炭布上制备了 V掺杂Ni2P纳米片阵列（V-Ni2P NSAs/CC）。在碱性条件下,该V-Ni2P纳米片阵列作为电催化剂表现出优异的HER电催化活性和稳定性。采用TEM、EPR、XPS、UPS等表征手段,系统地证明了其高... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：110 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１电化学反应装置及其过程示意图??电解水的总反应方程为２Ｈ２０?＝?２Ｈ２＋?０２，通常纯水的导电性很差使得水分??解反应非常微弱，一般可采用加入电解质来增加其导电性，通常的电解质有??

附的Ｈ＊形成足够强的键，以促进质子耦合电子转移。脱附过程中，键也应足够??弱以确保Ｈ２容易释放出来［４７＾。??不同金属析氢活性的高低可用“火山曲线图”来描述，如图１．２所示，火山??曲线图是采取交换电流密度为纵坐标，不同金属表面吸附原子氢所需的吉布斯自??由能（ＡＧｈ＊）为横坐标［４４］。Ｐｔ是现今性能最好的ＨＥＲ催化剂，从火山曲线可??以看出，其位于接近顶点的位置。然而，Ｐｔ成本昂贵且储量有限限制了其长远的??应用，因此，科学家逐渐把目光转向其他成本低廉的金属。作为一个优异的电催??化剂，其ＡＧｈ＊应该接近于零，在催化剂析氢过程中与中间体的结合作用不至于??太强，也不至于太弱［５Ｇ，５１］。??ｌＯ’ｉ￣￣￣Ｉ￣￣￣￣Ｉ￣－￣Ｉ￣－￣￣？￣？￣＇￣￣＇??１０弋?Ｐ，?？??１０５－?Ｒ＊〇?（叫??１０＇?氬洛１＂??Ｉ?ｈｉ??＜?ａ?？?＿?？??▲?ｗ?Ｃｏ０?祕２＿?￥?〇Ａｕ??、１０夂?Ｗ〇?Ｃｕ??１０?１?

非常高的催化性能，电化学和结构表征表明，元素之间的协同效应和材料边缘部??位丰富的活性晶面是该材料高活性的来源。Ｑ．?Ｂ．?Ｚｈａｎｇ课题组［６５］通过理论和实??验证明，无定形的Ｐｔ包覆的Ａｇ／Ｐｄ核壳结构（Ｐｔ－Ｐｄ＠ＮＰＡ）如图１．３所示，在??全ｐＨ值范围内都具有优异的电催化析氢活性。理论计算表明，通过掺入Ｐｔ优化??了?Ａｇ－Ｐｄ核壳结构的电子结构，从而得到催化剂表面上最佳的氢吸附自由能，??８??


本文编号：3403049