金属磷化物的合成及电催化性能的研究

发布时间：2017-07-29 20:12

  本文关键词：金属磷化物的合成及电催化性能的研究

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【摘要】：氢能作为一种可持续和无污染的新型能源具有储量大、可再生和热值大等一系列优点,是一种理想的新型能源。目前最主要的获得氢能的方式为石油气的裂解,而最为理想的获得氢能的方式电解水,这就需要获得性能优异的析氢反应电极。本文就致力于制备一种析氢性能优异的金属磷化物电极材料。本论文中采用金属盐直接做为前驱体合成出了一系列具有特殊形貌的金属磷化物,如CoP纳米管、纳米球、CoP/Co_2P纳米中空链和Ni_2P纳米线。本论文中的金属磷化物合成方法为两步法,首先合成具有一定形貌的前驱体,然后在将其进行磷化,这种合成方法具有：简单、无有机溶剂、反应温度低等优点。并在析氢反应测试中表现了优异的析氢性能。本论文中的一些主要内容如下：1.利用简单的水热法合成出棒状CO(CO_3)_(0.35)C_(l0.2)(OH)_(1.10)前驱体,然后用次磷酸钠将其磷化,合成出了几种不同形貌的CoP(纳米管、纳米棒、纳米颗粒),然后用XRD、TEM、SEM、XPS等一系列表征,都证明其为CoP晶相和管、棒和颗粒状结构,并通过表征分析证明形成中空结构的机理为纳米柯肯达尔效应。在电催化(析氢)性能测试中发现其塔菲尔斜率为52mV·dec~(-1),当电流密度达到10 mA·cm~(-2)时,对应的过电势只有101 mV。2.利用油胺的还原性合成出了纳米链状的金属钴单质,磷化后得到不同组成形貌的CoP/Co_2P中空纳米链,同时研究了温度对反应产物晶相形成以及晶相对析氢反应活性影响的规律。并通过电催化性能的表征发现400℃合成的产物(CoP/Co_2P)的作为电极材料的塔菲尔斜率为56.3mV-dec~(-1),当电流密度为10 mA·cm~(-2)时,对应的过电势为152 mV。3.首先用水热法合成了花球状的Co(C0_3)_(0.5)(OH)_(0.11)H_20,将其磷化后其形貌基本没发生变化,并对其进行了XRD, SEM、TEM等表征,证明得到的产物即为CoP晶相。其作为电极时塔菲尔斜率为69.3 mV·dec~(-1),当电流密度为10 mA·cm~(-2)时,对应的过电势为105 mV。4.利用简单的溶剂热法合成出了棒状的NiC_2O_4,并在低温下磷化,得到了Ni_2P纳米线,并对其进行了XRD、SEM、TEM等表征,证实了合成的产物为Ni_2P纳米线。在作为电极材料时塔菲尔斜率为83.4 mV dec~(-1),电流密度为10 mA·cm~(-2)时对应的过电势为216 mV。
【关键词】：CoP CoP/Co_2P Ni_2P 低温磷化 析氢反应
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TQ116.2
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 绪论16-34
• 1.1 背景16-17
• 1.2 析氢反应机理17
• 1.3 金属磷化物的合成进展17-23
• 1.3.1 水热法(溶剂热法)18
• 1.3.2 程序还原法18-19
• 1.3.3 热分解法19-21
• 1.3.4 低温磷化法21-23
• 1.4 纳米柯肯达尔效应23-24
• 1.5 金属磷化物的应用24-31
• 1.5.1 在石油加氢脱硫中的应用24-25
• 1.5.2 在析氢反应中的应用25-29
• 1.5.3 电子材料方面29
• 1.5.4 作为锂电子电池负极的应用29-30
• 1.5.5 生物方面的应用30-31
• 1.6 本论文的研究思路和研究内容31-34
• 1.6.1 本论文的主要研究意义31-32
• 1.6.2 本论文的主要研究思路32
• 1.6.3 本论文的主要研究内容32-34
• 第一章 实验设计部分34-40
• 2.1 实验的设备及试剂34-35
• 2.1.1 实验设备34
• 2.1.2 实验试剂34-35
• 2.2 表征手段35-36
• 2.2.1 X射线衍射表征(XRD)35
• 2.2.2 透射电镜表征(TEM)35
• 2.2.3 扫描电镜表征(SEM)35-36
• 2.2.4 线扫面扫表征(HAADF-STEM)36
• 2.2.5 X光电子能谱(XPS)36
• 2.3 析氢反应活性评价装置36-37
• 2.4 电化学表征中的计算37-40
• 2.4.1 转化可逆氢电极的方法37-38
• 2.4.2 塔菲尔斜率38
• 2.4.3 TOF的计算38-40
• 第三章 CoP纳米管、棒、颗粒的合成以及HER性能的研究40-56
• 3.1 引言40
• 3.2 CoP纳米管、棒、颗粒的合成及表征40-47
• 3.2.1 合成方法40-41
• 3.2.2 合成产物的表征41-46
• 3.2.2.1 XRD42
• 3.2.2.2 TEM42-43
• 3.2.2.3 SEM43-44
• 3.2.2.4 HAADF-STEM44-45
• 3.2.2.5 XPS45-46
• 3.2.3 不同反应时间的影响46-47
• 3.3 反应形成机理47-49
• 3.4 电催化性能的表征49-54
• 3.4.1 电极的制备49
• 3.4.2 电催化性能49-54
• 3.5 本章小结54-56
• 第四章 CoP/Co_2P纳米链的合成及其HER性能的研究56-66
• 4.1 CoP纳米链的合成、表征56-60
• 4.1.1 CoP纳米链的合成方法56-57
• 4.1.2 CoP纳米链的表征57-60
• 4.1.2.1 温度对产物影响的XRD图像57-58
• 4.1.2.2 温度对产物影响的TEM图像58
• 4.1.2.3 温度对产物影响的SEM图像58-59
• 4.1.2.4 HAADF-STEM59-60
• 4.2 电催化性能(析氢反应)的表征60-64
• 4.2.1 电极材料的制备60-61
• 4.2.2 析氢催化活性测试61-64
• 4.3 本章小结64-66
• 第五章 CoP纳米球的合成以及HER性能的研究66-72
• 5.1 CoP纳米球的合成与表征66-68
• 5.1.1 CoP纳米球的合成66-67
• 5.1.2 CoP纳米球的表征67-68
• 5.1.2.1 XRD67
• 5.1.2.2 SEM与TEM67-68
• 5.2 电催化性能表征68-72
• 第六章 Ni_2P纳米线的合成及其HER性能的研究72-78
• 6.1 Ni_2P纳米线的合成与表征72-75
• 6.1.1 合成方法72-73
• 6.1.2 表征73-75
• 6.1.2.1 XRD73
• 6.1.2.2 TEM73-74
• 6.1.2.3 SEM74-75
• 6.2 电催化性能表征75-77
• 6.3 本章小结77-78
• 第七章 结论78-80
• 参考文献80-86
• 致谢86-88
• 作者及导师介绍88-89
• 附件89-90

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