过渡金属磷化物纳米材料的合成及氢气析出电催化性能研究

发布时间：2021-10-29 12:28

　　过渡金属磷化物纳米材料由于其优良电催化性能越来越受到电化学科研工作者的广泛关注。本论文围绕Ni、Fe基磷化物纳米材料的合成、表征及其电催化析氢性能。具体研究内容如下:第一部分研究了不同相态镍磷化物纳米颗粒的可控合成方法以及它们的析氢电催化活性。通过改变P/Ni前驱体的比例控制合成镍磷化物的相态。改变反应时间和中间合成步骤可以进一步纯化小粒径的Ni5P4相。小粒径的Ni5P4比Ni12P5和Ni2P展现出更高的析氢活性,当负载量仅为0.12 mg cm-2时仅仅需要103 mV的过电势就可以获得10mA cm-2的析氢电流密度,且Tafel斜率也仅为51 mV dec-1。这主要是因为Ni5P4本身具有特殊的电子结构和制备出的纳米晶粒径较小使得催化剂暴露了更多的活性位点。所以纳米颗粒的相态和形貌是影响电化学活性的关键因素。之后系统研究了不同的金属掺杂到FeP纳米颗粒中对电化学析氢反应催化活性的影响。通过掺杂Co,Cu,Mn到FeP纳米颗粒中,分别得到Co-Fe-P、Cu-Fe-P和Mn-Fe-P三元磷化物,额外的金属引入改变了原来FeP的表面电子状态,从而提高析氢活性。这其中Co-Fe-... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－３可用于构建非贵金属氢析出反应（ＨＥＲ）和氧析出反应（ＯＥＲ）电催化剂的元素⑶??Ｆｉｇ．１－３?Ｅｌｅｍ?

Ｆｉｇ．?１－４?Ｃｒｕｓｔａｌ?ａｂｕｎｄａｎｃｅ?ｏｆ?ｍｅｔａｌｓ?ｕｓｅｄ?ｆｏｒ?ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ?ＨＥＲ?ａｎｄ?ＯＥＲ?ｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｓｔｓ?（ｍａｓｓ??ｆｒａｃｔｉｏｎ）⑶??图１－４比较了?Ｐｔ和六种过渡金属元素在地壳中的丰度，可以得到一些结论：首先??Ｐｔ的丰度是３．７Ｘ１０＿６％，这比其他非贵金属元素小几个数量级，地壳中含量非常??少，这也跟Ｐｔ的价格是最昂贵是一致的其次是其余六种非贵金属按丰度排序??是Ｗ?＝?Ｍｏ?＜?Ｃｏ?＜?Ｃｕ?＜?Ｎｉ?？?Ｆｅ。我们在设计制备非贵金属催化剂时要综合考察价格??和丰度的影响。为了降低电解水制氢的成本，大力发展高效的Ｆｅ基和Ｎｉ基电催化??剂是最有前景的途径替代贵金属催化剂。下面主要对过渡金属分别于硫（Ｓ）、氮??（Ｎ）、硼（Ｂ）、碳（Ｃ）和硒（Ｓｅ）结合形成的化合物进行简单分总结，而与磷（Ｐ）构成的磷??化物纳米材料在１．４节重点讨论。??１．３．１金属硫化物??人们发现功能性生物催化剂是实现大规模可持续制氢的重要进展。尽管在自然界??中存在能够催化ＨＥＲ的硝基酶和氢化酶，但想要基于酶作为催化剂想要大力发展高水??平制氢产业是不可能的，这是因为酶在极端条件下很容易失去活性由于固氮酶和??氢化酶和金属硫化物有相似的结构，所以针对金属磷化物作为析氢材料的研宄也就逐??渐增多了

Ｆｉｇ．?１－５?Ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ｍｅｔａｌ?ｒｉｃｈ?ｐｈｏｓｐｈｉｄｅｓ［３】??较长的磷的原子半径（０．１０９?ｎｍ）使得磷化物一般都是三棱柱结构，同时这些棱??柱倾向于形成一个各向同性的晶体结构（如图１－５所示）。与金属硫化物中的分层结构??不同，这种特殊结构会造成催化剂表面暴露出很多不饱和状态的原子，为催化反应提??供很多的吸附位点，因此过渡金属磷化物本身具有很高的催化活性［３９］。由于其特殊的??９??

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Fe、Co、Ni的电催化析氢催化剂的研究进展[J]. 张晓,何小波,李响,银凤翔.  新型工业化. 2016(10)
[2]世界氢能发展现状与技术调研[J]. 王寒.  当代化工. 2016(06)
[3]氢气氧化/析出反应电催化剂（英文）[J]. 卢思奇,庄仲滨.  Science China Materials. 2016(03)



本文编号：3464659