Ni、Mo基过渡金属化合物的制备及其电催化性能研究

发布时间：2020-05-07 22:01

【摘要】：本文利用溶剂热方法,制备了一系列具有不同微观结构的过渡金属化合物(包括NiMoO_4,MoSe_2,MoS_2,NiS等),针对微观结构对其电化学催化性质的影响机制展开了深入研究。首先,针对镍钼二元金属氧化物电极的制备及其电化学性能开展了研究。通过调控不同溶剂配比以及添加表面活性剂,合成了具有不同微观结构的NiMoO_4,进一步在泡沫镍基底上进行原位生长并制备了NiMoO_4/Ni Foam复合电极。但是由于NiMoO_4颗粒团聚较为严重,另外活性物质与泡沫镍基底连接强度较低,导致倍率性能较差。其次,利用溶剂热法制备中空球结构二硒化钼,研究不同溶剂体系下二硒化钼片层的微观结构变化,优化工艺可以得到尺寸均一的二硒化钼中空微球。通过控制热处理条件,能够实现金属相二硒化钼与半导体相二硒化钼的晶型转变。利用乙二醇作为还原剂有效对二硒化钼片层进行刻蚀还原,得到了单质钼颗粒均匀分散在二硒化钼片层的Mo/MoSe_2复合材料,其在酸性环境下具有良好的析氢反应活性与稳定的催化活性。另外,通过调控添加表面活性剂的种类,构建了具有不同三维结构的MoS_2/NiS非均相催化剂,其中MoS_2纳米片修饰的NiS纳米棒结构能够有效提高电子传输及电解质扩散能力,其用作全电解水催化剂时表现出可替代贵金属催化剂的优良性能。通过对比不同结构的MoS_2/NiS的电化学催化性能,研究了微观结构与电催化性能的影响机制。
【图文】：

活性较高的过渡金属硫属化合物材料仍是电解水催化领域研究的重点。过渡金属硫属化合物用作电催化催化剂的研究与其自身优异的电化学性质密切相关，同时，纳米材料科学技术的飞速发展为构建多种异质结构的催化剂，调节催化剂活性位点，研究其活性中心带来了可能。过渡金属硫属化合物以其理论上较高的催化活性，微观结构的可设计性，物相组分的可调节性，渐渐占据了电解水催化剂材料研究领域的一部分。研究人员不断从过渡金属硫属化合物研究本身出发，拓展与论证了其用作电催化剂的可行性与必要性。本章首先详细介绍了过渡金属硫属化合物尤其是过渡金属二硫化合物（transition metal dichalcogenides, TMDs）的分类，结构与制备方法，接着从全电解水反应的基本原理与研究现状等进行概述，最后综述了应用于全电解水反应催化剂的种类及发展现状，结尾总结了本文的研究意义与主要内容。1.2 过渡金属硫化物的介绍1.2.1 晶体结构

图 1-2 MoS2单晶 CVD 生长过程[27]Figure 1-2 Illustration of the growth of single MoS2crystal using CVD method[27]来说，使用 MoO3粉末作为 Mo 源，硫粉作为 S 源，在通常 700oC 以上的温度下，MoO3粉末在气态硫的作用下部分被还原为 MoO3-x，生成的 MoO源不断地被运输至基底表面发生沉积过程，高温下后续继续引入 S 源与预先的 MoO3-x反应后直接形成 MoS2生长在基底上，，如图 1-2 所示[27]。H2的使够有效促进还原金属氧化物层的形成，加速实现 TMDs 单晶的高效生长。一的 CVD 方法在构建多维 TMDs 材料微观结构，增加材料比表面积及活性等方面具有一定局限性。基于溶剂热/水热反应的湿法化学法的发展得益于制备具有纳米结构材料术发展需求，是被得到广泛使用的制备 TMDs 材料的方法，它具有产量高应条件简单等特点。通过构建具有一定微观结构纳米材料，能够更多地暴露位点，尤其在电解水催化剂领域，更能够加速反应过程动力学从而提高催化性。通过改变添加剂及反应条件，可以实现对 TMDs 材料的形状，大小，
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36

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本文编号：2653611