深度刻蚀钛基底上制备含镍电催化剂及其电分解水研究

发布时间：2020-06-01 20:43

【摘要】：在人口不断增长科技不断创新的高速发展的现代社会,人们的生活水平虽说发生了很大的变化,但是为了维持人们的正常生活,因而社会对能源的需求也越来越大。化石能源的有限性和带来的环境污染问题迫使人类去发展新能源,而其中氢能因其清洁高效的独特优点被人们给予了厚望。在已经发展成熟的制氢技术中,电解水制氢是最为环保和可持续的,但是此技术存在的最大挑战就是为了降低电解能耗而必须寻找合适的析氢催化剂来减小氢超电势。铂系贵金属已经被众多研究证实了,是电子传输最快、过电势最小的高效析氢催化剂,但因地球上储量的稀少和价格昂贵导致其无法大规模使用。过渡金属硫化物和磷化物被认为是新一代具有发展潜力的催化剂,其中以硫化钼、硫化镍和磷化钼、磷化镍作为代表。本课题研究制备了钼和镍的磷化物和硫化物,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱对合成材料的组成和结构进行了表征。研究的内容主要如下:1.钛片基底经过简单的清洗后,用1MH2SO4在95℃条件下刻蚀2h,去离子水清洗干燥后作为导电基底使用。采用简单的水热法在钛片基底上合成NiMoO4纳米线和相互交错的Ni(OH)2纳米片作为前驱体。通过电化学性能的测试结果分析知道,前驱体析氢性能较裸露的钛片基底都有所提高。2.以升华硫为硫源,利用化学气相沉积的方法将NiMoO4@Ti纳米线前驱体进行硫化,得到纳米线表面由片状叠加的MoS2NiSMoO3复合材料,并将其直接用作活化工作电极电分解水。在1MKOH为电解质的电化学测试中,其析氢反应的过电势为91 mV时,电流密度就可以达到10 mA/cm2,Tafel斜率为54.5 mV/dec,同时在此条件下也表现出了较好的稳定性。3.同样是利用化学气相沉积的方法,用红磷作为磷源,分别将前驱体Ni(OH)2@Ti纳米片和NiMoO4@Ti纳米线磷化。Ni(OH)2@Ti磷化后得到纯相的NiP2,在1 MKOH电解质中起始电位为71.5 mV,塔菲尔斜率为61 mV/dec,过电势为250 mV时电流密度就可以达到100 mA/cm2;同时在0.5 M H2SO4电解质中起始电位为89mV,塔菲尔斜率为50.2mV/dec,达到电流密度为100mA/cm2所需过电势为194mV,且稳定性在酸性和碱性条件下都表现良好。磷化NiMoO4@Ti后经表征分析为Mo3P-MoO3,通过对比电化学测试的数据,Mo3P-MoO3在1 M KOH电解液中的析氢效果最好,Tafel斜率为85.1 mV/dec,要想电流密度达到100 mA/cm2过电势需为297 mV;1000次循环伏安前后测试的极化曲线在电流密度为100 mA/cm2时偏移50 mV左右。
【图文】：

逦山东大学硕士学位论文逦逡逑（４００和５５０°Ｃ）可以制得纳米片大小不同的ＭｏＳ２，通过测试ＨＥＲ性能（如图逡逑１．１所示）进行了比较后得出，升高煅烧处理的温度会导致纳米片尺寸变小，并逡逑且边缘Ｍｏ原子的比例增大，因而ＨＥＲ性能提高了。逡逑Ａ

逑水热法将石墨烯量子点掺杂到富缺陷的ＭｏＳｄｆｔ米片中，通过和单独的ＭｏＳｄｆｉ逡逑米片进行了邋ＨＥＲ性能作对比（如图１．２所示）发现，有石墨烯量子点掺杂的导逡逑电性增强、析氢效果明显提升１３。逡逑Ａ邋逦邋Ｂ邋２000１逦逦逡逑！邋－Ｊ邋／／邋／邋／邋ａ邋１５0°＇邋Ｘ邋Ｌ＾Ｊ逡逑ｔ邋１邋二／邋／逦卜邋／逡逑ｃ邋＇６0Ｊ逦／逦＾ＣｏＭｏＳ＾－Ｃ逦／逡逑ｌ逦ｔ逦５００－逦＾＾Ｃ0Ｍ0Ｓ＾－Ｃ逡逑５邋．８0－邋ＣｏＭｏＳ－４－Ｃ逦Ｊｉ＾逦Ｘ逡逑ＰＶＣ逦ＣｏＭｏＳ－２－Ｃ逦＞逡逑－ｔｏｏｌ邋Ｃ0Ｍ0，Ｓ￣３－Ｃ逦邋、丨逡逑－０邋４逦－０邋３逦－０．２逦－０．１邋00邋０．１逦０逦４００逦８００逦１２００逦１６００邋２０００逡逑Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ邋（Ｖ邋ｖｓ．邋ＲＨＥ）逦Ｚ＇邋（ｏｈｍ）逡逑图１．２邋（ａ）石墨烯量子点掺杂的富缺陷的Ｍ０Ｓ２纳米片和单独的ＭｏＳ２ｍ米片的逡逑ＨＥＲ极化曲线；（ｂ）对应的阻抗谱图逡逑ａ邋？逦逦邋ｂ邋５00－ｒ———逦逦逦逦逦逡逑°邋＾逦一—邋邋邋邋，ｉｉｉｗ—ｗｍｍ邋．．ｉＬＪ￡ｇ？逦ＧＱＤｓ－ＭｏＳ｝逡逑／逦ＭｏＳ，逡逑Ｐ。—逦／／逦？４00１逦一？一＼逡逑Ｉｉ逦／／逦ｔ邋３００＾邋／逦、逡逑一逦／邋／逦—Ｐｔ逦ｆｓｌ邋２００邋Ｊ邋／逡逑Ｅ邋－６０逦／邋／逦—ＧＱＤｓ逦’逦＊７逡逑Ｉ逦／邋１逦＾逦ｉ00ｉ／逡逑0邋－８0１逦／逦逦ＧＱＤｓ－ＭｏＳ３逡逑——，——．——＿Ｘ，，＿＿邋，——．—，——，逦
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TQ116.21

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 刘少文,吴广义;制氢技术现状及展望[J];贵州化工;2003年05期

本文编号：2692037