二硫化钼基复合材料的制备及其电化学析氢性能的研究

发布时间：2022-02-12 14:28

　　能源是维持人民生活和促进社会发展进步的必要条件,在国家经济中占据重要角色。随着人们对能源需求的不断增加以及环境污染问题的日益严峻,寻求清洁可持续能源已经成为全人类共同面对的首要任务。氢气（H₂）因其高热值和燃烧产物环保的特性而被认为是理想的清洁能源,在未来的能源版图中将发挥重要作用。然而氢气不是自然存在的,需通过一定方法进行制备,电催化水分解析氢反应（HER）是水分解的一个重要半反应,具有成本较低、效率高、环境友好、安全性较好等优点,是未来制备可持续清洁能源的可行之路。目前,最先进的HER催化剂材料采用的仍然是贵金属铂基材料。由于Pt的储量较少,因此开发非贵金属HER催化剂以取代Pt已成为过去几十年科研者的研究焦点之一。本论文主要通过氧化还原固相反应（SPR）来增加Mo S₂的活性缺陷和电子传输能力,从而提高Mo S₂的HER性能。研究内容如下:1、通过氧化还原固相反应（SPR）的简便硬模板策略成功地制造了多孔Mo S₂/Mo O₂杂化物。首先,制备了Fe₂

【文章来源】：郑州大学河南省211工程院校

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【学位级别】：硕士

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电解水制氢发展史[13]

1绪论3泛应用成为可能；20世纪末，能源危机和环境问题成为人类巨大的挑战[18]。为了寻找更为环保和可再生的能源，氢能在能源家族中脱颖而出，成为一种举足轻重的能源，为解决困扰人类的能源问题提供了有效的解决方案。图1.1电解水制氢发展史[13]水裂解反应由在阴极发生的析氢反应（HydrogenEvolutionReaction，HER）和在阳极发生的析氧反应（OxygenEvolutionReaction，OER）两个半反应组成[19]。根据图1.2电解槽示意图所示，电解槽主要由阳极、阴极和电解质（碱性、中性或酸性）三部分组成[20]。在两个电极施加直流电流后，水分子将被分别涂敷在阴极和阳极的析氢和析氧催化剂裂解为氢气和氧气。HER是电解水的两个半反应之一，该反应需要考虑的一个重要参数就是氢的吸附自由能（ΔGH*）。图1.2电解槽示意图[20]在酸性电解质中Volmer-Heyrovsky和Volmer-Tafel机制是析氢反应过程中俩种主要的机制。如图1.3所示，首先这两种机制都涉及氢离子在电极表面的吸

1绪论4附的过程（Volmer步骤）。第二步是将吸附在表面的两个氢原子重组（Tafel步骤）或使水合质子与吸附的氢原子直接键合，包括从电极表面转移电子（Heyrovsky步骤）。因此，吸附的H*（*表示催化剂表面的活性位）的吉布斯自由能接近零的催化剂是最有利的，因为ΔGH*太低或太高的值都会影响氢离子的有效吸附和氢分子的解吸。HER在酸性溶液中反应如下：阴极反应：2H++2e–→H2（1-1）阳极反应:H2O→2H++12O2+2e–（1-2）Volmerstep:H++e–→H*（1-3）Tafelstep:2H*→H2+2*（1-4）Heyrovsky:H*+H++e–→H2（1-5）图1.3酸性溶液析氢反应机理图[21]HER也可以在碱性电解质中进行见公式（1-6）~（1-10），由于在碱性介质中HER需要进行水离解步骤，因此反应的速率通常约比酸性介质低二到三个数量级。塔菲尔斜率是衡量阴极上所得电流电势增加一个数量级的量度，并且由电极电势对电流密度的对数的曲线确定。根据线性扫描伏安法中极化曲线的塔菲尔斜率，可以确定第一步或第二步是速率确定。在碱性和中性溶液中：阴极反应：H2O+2e–→H2+2OH–（1-6）阳极反应：OH–→H2O+1/2O2+2e–（1-7）


本文编号：3621886