基于二硫化钼复合纳米阴极催化剂的设计合成及其电析氢性能的研究

发布时间：2017-09-17 21:50

  本文关键词：基于二硫化钼复合纳米阴极催化剂的设计合成及其电析氢性能的研究

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【摘要】：环境污染和化石燃料的过度消耗已成为当今世界范围内面临的两大主要难题。电解水制氢在妥善解决可再生能源产生电能不易存储这一难题的同时,又能大规模的利用地球丰度最多的水资源来生产干净、可再生、无污染的氢能,成为目前最受关注的产氢方式。考虑到电解水制氢过程中过高的析氢过电位使得电能消耗太高,因此,大力研发低过电位的析氢阴极材料成为目前的研究热点。贵金属(尤其是铂)被认为是目前最好的析氢阴极材料,但是受到地球含量太低和价格昂贵这两个条件的制约限制了其大规模的应用。因此,我们的目光聚焦在设计合成高活性的非贵金属析氢阴极材料上。近来,二硫化钼(MoS2)被认为是最好的替代贵金属的非贵金属阴极材料,但考虑到其片层之间电子迁移率太低,导致其导电性差,并且析氢活性位点较少(二硫化钼的析氢活性位点在其边缘位置处)等缺点,设计合成高活性、高稳定性的二硫化钼阴极材料是目前最热点的课题之一。本论文研究的内容主要包括以下三部分。1:采用水热法和化学还原的方法将纳米铜颗粒和二硫化钼纳米花(MoS2NFs)负载在还原氧化石墨烯(rGO)上,对其电析氢性能进行了研究。2:采用化学还原以及水热法在多壁碳纳米管(MWCNTs)上负载纳米铜颗粒(Cu NPs)后包裹薄层无定型二硫化钼(MoS2),研究了复合材料的电析氢性能。3:采用超声剥离的方法将二硫化钼量子点(MoS2 QDs)负载在还原氧化石墨烯(RGO)上,制备出了一种高析氢活性的阴极材料。电化学实验的结果表明上述几种材料具有优异的电化学析氢活性(包括大的阴极电流密度,低的塔菲尔斜率值和起始析氢电位)和高的稳定性。为设计合成非贵金属电析氢阴极材料奠定了非常好的基础。
【关键词】：二硫化钼 碳材料 阴极材料 析氢反应
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ116.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-28
• 1.1 化石燃料的供需现状9
• 1.2 可再生能源的开发和利用9
• 1.3 氢能9-10
• 1.3.1 主要的产氢方式10
• 1.4 水的电解10-14
• 1.4.1 析氢反应的基本原理11-13
• 1.4.2 衡量析氢阴极材料优劣的特征参数13-14
• 1.5 电解水制氢阴极材料的研究现状及问题14-20
• 1.5.1 非贵金属阴极材料的研究14-18
• 1.5.2 贵金属阴极材料的研究18-20
• 1.5.3 杂原子掺杂的纳米碳材料20
• 1.6 论文设想20-21
• 1.7 参考文献21-28
• 第二章 非贵金属阴极催化剂Cu-MoS_2/rGO的合成及析氢性能的研究28-43
• 2.1 绪论28-29
• 2.2 试验部分29-31
• 2.2.1 试剂29
• 2.2.2 氧化石墨烯（GO）的制备29
• 2.2.3 制备MoS_2/rGO复合材料29-30
• 2.2.4 制备Cu-MoS_2/rGO复合阴极材料30
• 2.2.5 工作电极的制备30
• 2.2.6 电化学测试30
• 2.2.7 材料的结构表征与电化学表征30-31
• 2.3 结果与讨论31-39
• 2.4 小结39-40
• 2.5 参考文献40-43
• 第三章 MWCNTs@Cu@MoS_2纳米复合材料的合成及其析氢性能的研究43-59
• 3.1 绪论43-44
• 3.2 试验部分44-46
• 3.2.1 试剂44-45
• 3.2.2 酸处理多壁碳纳米管45
• 3.2.3 制备MWCNTs@Cu载体材料45
• 3.2.4 制备MWCNTs@Cu@MoS_2和MWCNTs@MoS_2阴极材料45
• 3.2.5 工作电极的制备45
• 3.2.6 电化学测试45-46
• 3.2.7 材料的结构表征与电化学表征46
• 3.3. 结果与讨论46-55
• 3.4 小结55-56
• 3.5 参考文献56-59
• 第四章 高活性阴极催化剂MoS_2/RGO的合成及其析氢性能的研究59-76
• 4.1 绪论59-60
• 4.2 试验部分60-62
• 4.2.1 试剂60
• 4.2.2 氧化石墨烯（GO）的制备60
• 4.2.3 还原氧化石墨烯（RGO）的制备60-61
• 4.2.4 MoS_2 QDs和MoS_2 NFs的制备61
• 4.2.5 MoS_2 QDs/RGO，MoS_2 NSs/RGO和MoS_2 NFs/RGO的制备61
• 4.2.6 工作电极的制备61
• 4.2.7 电化学测试61-62
• 4.2.8 材料的结构表征与电化学表征62
• 4.3 结果与讨论62-71
• 4.4 小结71-72
• 4.5 参考文献72-76
• 结论76-77
• 在学期间研究成果77-78
• 致谢78

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本文编号：871567