过渡金属硫化物纳米材料的制备及电化学性能研究

发布时间：2022-10-06 19:10

　　近年来,过渡金属材料在能源转换与存储领域的研究热潮方滋未艾。不同于传统的贵金属材料,过渡金属具备富裕的储存、低廉的价格、出众的性能等优势,为能源转换和储能材料的设计和制备提供一个全新的方向。鉴于此,本论文通过分步水热、低温硫化及形貌调控等实验方式,深入探究过渡金属硫化物的电化学析氢反应、析氧反应、全水解反应以及电容性能。着重研究过渡金属硫化物纳米材料的设计制备和电催化性能,为功能导向性材料的制备与性能优化提供一个崭新的方向。具体研究内容包括四个方面:1.采用简便的分步水热法在碳布上均匀生长具有丰富异质界面的核-壳NiS@CoS催化剂。得益于NiS和CoS之间强的界面耦合效应;丰富的NiS@CoS异质界面活性位点;碳布基底高的导电性;独特的纳米线包裹纳米片的核-壳异质结构。通过调节核-壳结构中核的大小,最佳条件的NiS@CoS@CC(Co²⁺:Ni²⁺的摩尔比为1:1)电催化剂在析氢反应中展现出优异的电催化性能:电流密度为10 mA cm^-2时,析氢过电势仅为30 mV;Tafel斜率为97 mV·dec^-1

【文章页数】：110 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 电催化水分解
        1.2.1 析氢反应
        1.2.2 析氧反应
        1.2.3 全水解反应
    1.3 超级电容器
        1.3.1 双电层电容器
        1.3.2 赝电容电容器
    1.4 论文选题思路及主要研究内容
第2章 多孔核-壳NiS@CoS@CC纳米材料的制备以及在电化学析氢反应中的应用
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂和仪器设备
        2.2.2 样品的制备
            2.2.2.1 碳布(CC)的处理
            2.2.2.2 Co(OH)_2@CC的合成
            2.2.2.3 Ni(OH)_2@Co(OH)_2@CC核-壳前驱体的合成
            2.2.2.4 NiS@CoS@CC核-壳材料的合成
        2.2.3 材料表征
            2.2.3.1 物理表征
            2.2.3.2 电化学表征
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 电极材料的制备过程
        2.3.2 材料的物理表征
            2.3.2.1 XRD分析
            2.3.2.2 SEM分析
            2.3.2.3 TEM分析
            2.3.2.4 XPS分析
            2.3.2.5 N_2吸脱附分析
        2.3.3 纳米材料的HER电化学性能
    2.4 本章小结
第3章 Co(OH)_2@NiS@NF纳米异质结构的制备以及在全水解中的应用
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂和仪器设备
        3.2.2 样品的制备
            3.2.2.1 泡沫镍(NF)的处理
            3.2.2.2 NiOOH@NF纳米材料的合成
            3.2.2.3 NiS@NF纳米材料前驱体的合成
            3.2.2.4 Co(OH)_2@NiS@NF纳米材料的合成
        3.2.3 材料表征
            3.2.3.1 物理表征
            3.2.3.2 电化学表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 电极材料的制备过程
        3.3.2 材料的物理表征
            3.3.2.1 XRD分析
            3.3.2.2 SEM分析
        3.3.3 纳米材料的电化学性能
            3.3.3.1 纳米材料的HER性能
            3.3.3.2 纳米材料的OER性能
            3.3.3.3 纳米材料的OWS性能
    3.4 本章小结
第4章 NiS/CoS/CC异质复合材料的制备以及在全水解中的应用
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验试剂和仪器设备
        4.2.2 样品的制备
            4.2.2.1 碳布(CC)的处理
            4.2.2.2 Co(OH)_2/CC复合材料的合成
            4.2.2.3 NiOOH/Co(OH)_2/CC复合材料前驱体的合成
            4.2.2.4 NiS/CoS/CC-3 复合材料的合成
        4.2.3 材料表征
            4.2.3.1 物理表征
            4.2.3.2 电化学表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 电极材料的制备过程
        4.3.2 材料的物理表征
            4.3.2.1 XRD分析
            4.3.2.2 SEM分析
            4.3.2.3 TEM分析
            4.3.2.4 XPS分析
        4.3.3 纳米材料的电化学性能
            4.3.3.1 纳米材料的HER性能
            4.3.3.2 纳米材料的OER性能
            4.3.3.3 纳米材料的OWS性能
    4.4 本章小结
第5章 超细CoNi_2S_4纳米线的制备以及在超级电容器中的应用
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 实验试剂和仪器设备
        5.2.2 样品的制备
            5.2.2.1 碳布(CC)的处理
            5.2.2.2 Co-Ni hydroxide@CC前驱体的合成
            5.2.2.3 CoNi_2S_4@CC纳米线的合成
            5.2.2.4 PCNS的合成
        5.2.3 材料表征
            5.2.3.1 物理表征
            5.2.3.2 电化学表征
            5.2.3.3 计算公式
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 电极材料的制备过程
        5.3.2 材料的物理表征
            5.3.2.1 XRD分析
            5.3.2.2 SEM分析
            5.3.2.3 TEM分析
            5.3.2.4 XPS分析
            5.3.2.5 N_2吸脱附分析
        5.3.3 三电极体系的电化学性能
        5.3.4 二电极体系的电化学性能
    5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]过渡金属氧/氮化物赝电容器电极材料的研究进展（英文）[J]. 易琛琦,邹俭鹏,杨洪志,冷娴.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2018(10)
[2]S,N co-doped carbon nanotube-encapsulated core-shelled CoS2@Co nanoparticles:efficient and stable bifunctional catalysts for overall water splitting[J]. Jing-Yu Wang,Ting Ouyang,Nan Li,Tianyi Ma,Zhao-Qing Liu.  Science Bulletin. 2018(17)
[3]电催化析氧反应过渡金属磷化物和硫化物催化剂研究进展（英文）[J]. 彭立山,SyedShoaib Ahmad Shah,魏子栋.  催化学报. 2018(10)

博士论文
[1]聚合物基特殊结构碳纳米材料构筑新型超级电容器研究[D]. 彭辉.西北师范大学 2016

硕士论文
[1]生物质派生多级孔碳纳米片与高性能超级电容器的组装[D]. 安玉峰.西北师范大学 2017
[2]SnO2、MnOOH和Bi2O3/碳布复合材料的制备及其在超级电容器中的应用与研究[D]. 张雅迪.西北师范大学 2016



本文编号：3687238