基于电化学调控制备的金属纳米催化剂研究

发布时间：2023-11-12 13:29

　　氢气因其高热量、原料充足、清洁无污染等优点,被认为是一种可以替代化石燃料的新能源。电解水作为一种有前景的产氢技术,能够将可再生的能源水转化为化学能氢能。电解水反应通常由阴极的析氢反应(HER)和阳极的析氧反应(OER)组成,需要借助催化剂来实现高效的水分解。目前,运用广泛的催化剂是贵金属类电催化剂,但它们的高成本和稀缺性限制了其使用。因此,开发成本廉价、储量丰富和高性能的电催化剂是实现低成本产氢的关键。基于上述问题,本论文采用电化学调控策略优化材料结构,设计了如下几种高效的电解水催化剂:(1)通过锂离子嵌入层状MoS2发生的脱硫反应获得MoS2基面上的硫原子空位,提升其电催化活性。MoS2脱硫产生的原子空位被证实为析氢活性中心,不仅能降低氢吸附的自由能,而且可以加速基面上的电子转移,优化了 HER动力学。基于上述原因,具有硫空位的MoS2仅需200 mV的HER过电势就能达到10 mA cm-2的电流密度,Tafel斜率降低至65 mV.dec-1,性能相比原始的MoS2和其它优化的MoS2基材料有很大提升。(2)根据肖特基异质结概念设计了 CoMn/CoMn2O4作为碱性体系中尿素氧...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 电解水基本原理
        1.2.1 电解水反应机理
        1.2.2 析氢反应机理
        1.2.3 析氧反应机理
    1.3 电解水催化剂的研究进展
        1.3.1 单金属原子催化剂
        1.3.2 过渡金属氧化物催化剂
        1.3.3 过渡金属氢氧化物催化剂
        1.3.4 过渡金属硫化物催化剂
        1.3.5 过渡金属磷化物催化剂
        1.3.6 过渡金属碳化物催化剂
        1.3.7 金属有机框架化合物催化剂
    1.4 本论文的研究内容及意义
第二章 MoS₂的基面缺陷调控及HER性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验方法
        2.2.1 实验试剂与设备
        2.2.2 材料制备方法
        2.2.3 材料表征方法
        2.2.4 电化学测试方法
    2.3 材料的表征及电化学性能
        2.3.1 形貌和能谱分析
        2.3.2 物相分析
        2.3.3 HER电催化性能测试及分析
        2.3.4 理论计算及分析
    2.4 本章小结
第三章 肖特基异质结型CoMn/CoMn₂O₄用做双功能产氢电催化剂
    3.1 引言
    3.2 实验方法
        3.2.1 实验试剂与设备
        3.2.2 材料制备方法
        3.2.3 材料表征方法
        3.2.4 电化学测试方法
    3.3 材料的表征及电化学性能
        3.3.1 形貌结构和物相分析
        3.3.2 UOR及OER电催化性能测试及分析
        3.3.3 CoMn/CoMn₂O₄肖特基协同效应下的UOR催化机理
        3.3.4 HER电催化性能测试及分析
        3.3.5 尿素辅助全解水电催化性能测试及分析
    3.4 本章小结
第四章 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间的研究成果
致谢



本文编号：3863249