镍磷基化合物的制备表征及其高效电解水性能的研究

发布时间：2020-07-14 05:37

【摘要】：镍磷化合物在电解水析氢(HER)领域表现出了很好的催化活性。本文我们使用次亚磷酸钠(NaH_2PO_2)作为磷源,合成的氢氧化镍(Ni(OH)_2)前驱体作为镍源,低温磷化(250℃)合成物相和组成可控的Ni-P基纳米颗粒(Ni-P-based NPs)。通过改变制备Ni(OH)_2的NaOH浓度和镍盐种类,我们可以调节Ni-P-based NPs的物相及组成从Ni_5P_4,Ni_2P到Ni_(12)P_5。合成的β-Ni(OH)_2前驱体具有不同的空间阻力和静电阻力导致了三种不同Ni:P比例的Ni-P物相的形成。电化学表征表明富P相的Ni-P-based NPs(Ni_5P_4+Ni_2P)表现出优异的电催化HER性能,在0.5 M H_2SO_4溶液中,达到10 mA cm~(-2)的电流密度只需要111mV的过电位(η),这比纯的Ni_2P相的样品(η=118 mV)和富Ni的Ni-P基对比样(Ni_(12)P_5+Ni_2P)(η=131 mV)的性能更加的优异。这归功于P元素较强的总体效应并且富P的Ni-P-based NPs提供了更多的活性位点。本实验的结果展现出通过调节Ni(OH)_2前驱体的的表面特性,就可以很容易地调节Ni-P-based NPs的物相及组成,这为优化过渡金属磷化物基的电催化剂的HER性能提供了一个简单经济绿色环保的策略。此外,我们还通过一步水溶液共沉淀的方法制备了Co、Fe掺杂Ni-P基过渡金属层状双氢氧化物(LDHs),通过物相形貌以及材料电催化性能的表征发现,掺P和不同过渡金属离子互相掺杂所产生的协同作用,有利于促进LDHs的电催化析氧(OER)性能,其中三元的NiCoFe-P LDHs当其阳极电流密度达到10 mA cm~(-2)(η_(10))时,仅需274 mV的过电位。P元素增加了材料的导电性润湿性,促进了电子的转移,不同过渡金属的互相掺杂改变了材料的电子结构,增加了材料的活性位点,有效提高了材料的OER性能。
【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】：TQ426;TQ116.2
【图文】：

图 1-1 酸性溶液中电极表面的氢气析出机制[2]1 The mechanism of hydrogen evolution on the surface of an elecsolutions.

的催化剂应具有低的塔菲尔斜率和高的交换电流密度。析氢被认为与其表面的氢吸附的吉布斯自由能有关（△GH*）[4]。交换电流密度对△GH*作图的“火山曲线”可看出，Pt 族金属有最高的活性和接近于零的氢吸附吉布斯自由能（图 1-2）[

e]氢化酶、[Ni(PS3*)(CO)]1-、[Ni(PNP)2]2+复合物、Ni2P-(001算的对 HER 的能量变化，将参考电位设置为标准氢电极 2(H+变化定为 0，在这个图中，关于这个零点绘制相对的能量变化-3 Calculated energy changes for the HER on the [NiFe] hydrogen-2+

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本文编号：2754565