钴基氢氧化物纳米结构材料的制备及其电催化性能研究

发布时间：2021-01-22 19:08

　　近年来,能源短缺以及化石燃料的大量使用造成的环境问题引起了人们的广泛关注。因此,开发高效、无污染、可再生的新型能源来替代传统的化石燃料成为科学家们研究的重点。氢能源作为一种具有代表性的新型清洁能源,其热值高且无污染,在未来有望替代传统化石燃料。电催化水产氢具有高效清洁、操作简便等优点,成为制氢的重要途径。目前,电催化水分解过程主要依靠传统贵金属基催化剂（Pt、Ir、Ru等）,其催化活性高,性能稳定,但这些贵金属较为稀缺、价格昂贵,使其不能大规模应用。因此,开发高效、稳定、的非贵金属基电催化剂具有重要意义。近几年来,针对高效电催化剂研究已取得一些进展,但与贵金属基电催化剂相比,催化性能仍有一些差距,尤其是在HER催化方面,达到商业Pt/C催化剂的催化效果较难。本文选择储量丰富、价格低廉、性能良好的钻基氢氧化物微纳材料为研究对象,通过对其形貌及结构进行设计制备出性能优异的电催化材料,通过对材料的<物相、形貌以及化学态等进行表征,对所得的纳米材料的电催化性质进行了相关研究并探究其电催化反应过程的机理。1.基于界面设计合成Co（OH）2/Ag/FeP级次结构及其高效、稳定的全水解电催化性... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１中的蓝色箭头），在这一步反应中，质??

１．２．１析氧反应??电催化析氢反应是在一个电极表面发生的多步反应，涉及三种过程，主要有??两种机理，如图１－１所示［２３］。??Ｖｏｌｍｅｒ－Ｔａｆｅｌ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?Ｖｏｌｍｅｒ－Ｈｅｙｒｏｖｓｋｙ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ??Ｈ－?Ｋ．、?ｈ??ｍｍｋ?Ｊ??展?ｅ－???Ｖｏｌｍｅｒ?（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）?ｒｅａｃｔｉｏｎ???图ｉ－ｉ酸性溶液中电极表面的析氢机理［２３］。??ＨＥＲ的第一步为Ｖｏｌｍｅｒ反应（图１－１中的蓝色箭头），在这一步反应中，质??子吸附到电极表面空的活性位点上，与转移到电极表面的电子耦合，产生吸附在??电极表面的氢原子。在酸性电解液中，质子源为水合氢离子（Ｈ３０＋）：?Ｈ３０＋?＋?＊＋ｅ＿??＝?＊－Ｈａｄｓ?＋?Ｈ２０；在碱性电解液中，由水裂解来提供质子：Ｈ２０?＋?＊＋ｅ－?＝?＊－Ｈａｄｓ?＋??ＯＨ？。随后，：＾的形成有两种不同的反应途径。一种途径是第二个电子转移到已??被吸附的氢原子上，来自溶液的另一个质子与其耦合，产生Ｈ２，这个过程被称??为Ｈｅｙｒｏｖｓｋｙ反应，如图１－１中紫色箭头所示。在酸性电解液中：Ｈ３０＋?＋?＊－Ｈａｄｓ?＋ｅ＿??＝?Ｈ２?＋?Ｈ２０?＋?＊；而在碱性电解液中：Ｈ２〇?＋?＊－Ｈａｄｓ＋ｅ－?＝?Ｈ２?＋?ＯＨ＿＋＊。在另一种??途径中

杂原子掺杂是一种调整电催化剂的催化性能的可行途径。Ｓｕｎ课题组在Ｔｉ??网上生长了?Ｍｎ掺杂的ＣｏＰ纳米片阵列，得到了一种高效的三维的ＨＥＲ电催化??剂，具有良好的循环稳定性（图１－３）［３９］。通过Ｍｎ掺杂，减弱了?Ｃｏ原子和Ｈ原??子之间的相互作用，从而増强了?ＣｏＰ的ＨＥＲ催化活性，使其在酸性、中性和碱??性环境中都有较好的ＨＥＲ催化性能。??，４：函?????〇？?Ｅ?（Ｖ?ｖｓ．?ＲＨＥ°ｙ??图１－３?Ｍｎ－Ｃｏ－Ｐ／Ｔｉ材料形貌及ＨＥＲ性能图［３９］。??通过设计具有强界面相互作用的多组分材料结构能够增强电催化作用，可以??为重要的电化学能量转换反应提供更好的催化剂。Ｗａｎｇ课题组在碳纳米管（ＣＮＴｓ）??上生长的铁－磷化铁（Ｆｅ＠ＦｅＰ核壳纳米颗粒，可作为一种新型的电催化材料（图??１－４）［４（）］。磷化物外壳的表面电子状态及其与ＨＥＲ反应中间体的相互作用，受到??金属内核的影响，两组分之间的电子相互作用使材料与Ｈ原子之间的结合强度??趋于最佳，从而获得了更高的催化活性。同时，ＦｅＰ作为外壳包覆在Ｆｅ外部，??避免Ｆｅ内核在酸性电解液中的腐蚀


本文编号：2993754