磁控溅射NiMo薄膜的结构与析氢催化性能

发布时间：2023-04-25 01:17

　　贵金属Pt是电解水制氢时常用的析氢催化剂,但由于Pt资源匮乏,价格昂贵,迫切需要开发一种无贵金属的新型析氢催化剂。目前虽然已开发出Ni3N、Mo S2等析氢催化剂,但其催化活性相对于Pt仍较低,需要开发催化活性更高的新型析氢催化剂。在已经报道的各种电解水析氢催化剂中,Ni基和Mo基催化剂最具发展潜力。具有双d电子轨道的Ni(3d84s2)利于水分子的电子迁移和后续的O-H键的裂解,而具有半空d电子轨道的Mo(4d55s1)有利于吸附氢(Hads)的形成。因此,NiMo析氢催化剂有望降低析氢反应(HER)过程中的能垒,加快碱性条件下的HER动力学,成为代替贵金属Pt的新型析氢催化剂。本文采用磁控溅射工艺制备NiMo薄膜,首先研究磁控溅射工艺参数对薄膜结构和析氢催化性能的影响,并通过N掺杂、反溅法表面刻蚀以及Ar等离子体表面刻蚀等调控技术进行膜结构调控。薄膜结构、表面形貌和成分主要采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等手段,析氢催化性能通过电化学工作站进行测试。采取控制变量法,研究了不同磁控溅射工艺参数下NiMo薄膜的成分、结构、组织形貌和析氢催化性能,确定了...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 氢气制备技术
        1.2.1 天然气制氢
        1.2.2 煤气化制氢
        1.2.3 电解水制氢
    1.3 析氢催化反应原理及性能表征
        1.3.1 析氢催化反应原理
        1.3.2 析氢催化性能的表征
    1.4 国内外研究现状
        1.4.1 Ni基析氢催化剂
        1.4.2 Mo基析氢催化剂
        1.4.3 NiMo基析氢催化剂
        1.4.4 膜结构调控技术
    1.5 本文的研究目的及主要研究内容
第2章 材料与实验方法
    2.1 研究方案
    2.2 磁控溅射工艺参数的选取
    2.3 实验方法与所用设备
        2.3.1 磁控溅射设备镀NiMo膜
        2.3.2 NiMo薄膜的结构调控技术
        2.3.3 析氢催化性能测试
    2.4 分析手段
        2.4.1 X射线衍射分析
        2.4.2 扫描电子显微分析
第3章 磁控溅射工艺对NiMo薄膜结构与析氢催化性能的影响
    3.1 引言
    3.2 溅射功率对NiMo薄膜结构与析氢催化性能的影响
    3.3 基底温度对NiMo薄膜结构与析氢催化性能的影响
        3.3.1 基底温度对Ni₂₀Mo₈₀薄膜结构与析氢催化性能的影响
        3.3.2 基底温度对Ni80Mo20薄膜结构与析氢催化性能的影响
    3.4 基底偏压对NiMo薄膜结构与析氢催化性能的影响
        3.4.1 基底偏压对Ni₂₀Mo₈₀薄膜结构与析氢催化性能的影响
        3.4.2 基底偏压对Ni80Mo20薄膜结构与析氢催化性能的影响
    3.5 本章小结
第4章 结构调控工艺对Ni₂₀Mo₈₀薄膜结构与析氢催化性能的影响
    4.1 引言
    4.2 N掺杂对Ni₂₀Mo₈₀薄膜结构与析氢催化性能的影响
    4.3 反溅法对Ni₂₀Mo₈₀薄膜结构与析氢催化性能的影响
        4.3.1 反溅功率对Ni₂₀Mo₈₀薄膜结构与析氢催化性能的影响
        4.3.2 反溅时间对Ni₂₀Mo₈₀薄膜结构与析氢催化性能的影响
    4.4 Ar等离子体刻蚀对Ni₂₀Mo₈₀ 薄膜结构与析氢催化性能的影响
        4.4.1 屏极电压对Ni₂₀Mo₈₀薄膜结构与析氢催化性能的影响
        4.4.2 刻蚀时间对Ni₂₀Mo₈₀薄膜结构与析氢催化性能的影响
    4.5 不同膜结构调控工艺的对比
    4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3800412