钴基硫化物双金属析氧催化剂合成及电催化性能研究
发布时间：2021-02-11 05:10
电解水制氢技术是有望解决当今世界能源危机的途径之一,有着巨大发展潜力。然而受制于缓慢的阳极动力学,OER反应效率低下,需要高过电势来克服能量壁垒,高过电势会造成能耗以及成本问题。贵金属Ir和Ru的氧化物是目前最广泛使用的OER催化剂,但是它们有着稀缺性、高成本以及稳定性差等突出缺点。这迫使研究者探索廉价、高效、稳定的OER催化剂。基于此,本论文以发展高效OER催化剂为目的,以钴基硫化物为研究对象,探究了Ni,Ag,Cu的引入对钴基硫化物催化OER性能的影响。论文研究通过水热和溶剂热法合成了三种钴基双金属硫化物复合材料,借助一系列手段对催化剂的微观形貌,组成等进行了细致表征;深入考察了系列电催化剂催化OER的活性和稳定性。论文的主要研究内容如下:（1）发展水热途径,分别以氯化钴和氯化镍为钴源和镍源,以N,S共掺杂石墨烯（NSG）为载体,成功制备了CoS2-NiCo2S4/NSG复合材料。复合催化剂中,N,S的掺杂有利于抑制还原氧化石墨烯（rGO）的堆叠。同时,作为载体,N,S掺杂的rGO提高了催化剂电子传输效率,并有助于降...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
该示意图举例说明了所提出的OER对Co3O4NSs的电催化机理
硕士学位论文21晶面，而0.332nm的晶格条纹可归属为NiCo2S4的（220）晶面。这些结果进一步证实了我们成功合成了CoS2-NiCo2S4/NSG。如果没有载体rGO，则形成单相的NiCo2S4，其显示出由互穿的纳米片组成的独特的亚微米结构（尺寸约为5μm）（图2.3a，b）。对于NiS2/NSG的样品，图2.4所示的SEM图像也表明形成了由片状石墨烯和准立方硫化物颗粒组成的复合材料。使用EDS进一步分析确定CoS2-NiCo2S4/NSG样品的元素组成。EDS光谱表明存在C，N，S，Co和Ni元素。复合材料的元素分布如图2.2g所示，观察到C和N的均匀连续分布，而S，Co和Ni相对集中。这与复合样品（即负载在N，S掺杂rGO上的CoS2-NiCo2S4）完全一致。此外，还进行了ICP分析，结果表明CoS2-NiCo2S4/NSG样品的Co：Ni摩尔比为3.7：1。该摩尔比不同于Co2+和Ni2+的剂量，这可能是由于反应体系中硫化钴和硫化镍的形成能力不同所致。图2.2（a）CoS2/NSG的SEM图；（b，c）CoS2-NiCo2S4/NSG的SEM图；（d，e）CoS2-NiCo2S4/NSG的TEM图；f）CoS2-NiCo2S4/NSG的HRTEM图；（g）CoS2-NiCo2S4/NSG元素分布图。Fig.2.2SEMimagesof(a)CoS2/NSGand(b,c)CoS2-NiCo2S4/NSGproducts;(d,e)TEMand(f)HRTEMimagesofCoS2-NiCo2S4/NSGproducts;(g)ElementmappinganalysisoftheCoS2-NiCo2S4/NSGproduct
钴基硫化物双金属析氧催化剂合成及电催化性能研究22图2.3没有rGO基底的NiCo2S4样品的不同分辨率的SEM图Fig.2.3SEMimagesofNiCo2S4productobtainedwithoutgraphenesubstrateatdifferentresolutions.图2.4用与CoS2/NSG类似的合成方法获得的NiS2/NSG样品的SEM图Fig.2.4SEMimagesofNiS2/NSGproductsobtainedwithsimilarmethodsasthatofCoS2/NSG.图2.5是CoS2/NSG和CoS2-NiCo2S4/NSG样品的拉曼光谱。波长在1345和1600cm-1处D和G带的典型峰，表明样品中存在rGO。使用XPS分析以确定样品的表面组成和化学状态。两种样品（CoS2/NSG和CoS2-NiCo2S4/NSG）的Co2pXPS谱可解析为几个峰，分别对应于Co（II）和Co（III）以及卫星峰（图2.6a）[99,100]。应该注意的是，引入Ni元素后，Co（II）和Co（III）的XPS谱带都向低结合能方向红移，如Co（III）的779.5eV处的峰移至778.4eV；Co（II）峰从781.8eV转变为780.9eV，这表明Ni的引入对Co位点有很强的影响[101,102]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Bimetallic Nickel Cobalt Sulfide as E cient Electrocatalyst for Zn–Air Battery and Water Splitting[J]. Jingyan Zhang,Xiaowan Bai,Tongtong Wang,Wen Xiao,Pinxian Xi,Jinlan Wang,Daqiang Gao,John Wang. Nano-Micro Letters. 2019(01)
[2]电催化析氧反应过渡金属磷化物和硫化物催化剂研究进展（英文）[J]. 彭立山,SyedShoaib Ahmad Shah,魏子栋. 催化学报. 2018(10)
[3]N-doped defective carbon with trace Co for efficient rechargeable liquid electrolyte-/all-solid-state Zn-air batteries[J]. Zhiyan Chen,Qichen Wang,Xiaobin Zhang,Yongpeng Lei,Wei Hu,Yao Luo,Yaobing Wang. Science Bulletin. 2018(09)
[4]催化剂筛选:火山型曲线成因理论解析及其在多相催化中的应用（英文）[J]. 毛羽,陈建富,王海丰,胡培君. 催化学报. 2015(09)
本文编号：3028580
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
该示意图举例说明了所提出的OER对Co3O4NSs的电催化机理
硕士学位论文21晶面，而0.332nm的晶格条纹可归属为NiCo2S4的（220）晶面。这些结果进一步证实了我们成功合成了CoS2-NiCo2S4/NSG。如果没有载体rGO，则形成单相的NiCo2S4，其显示出由互穿的纳米片组成的独特的亚微米结构（尺寸约为5μm）（图2.3a，b）。对于NiS2/NSG的样品，图2.4所示的SEM图像也表明形成了由片状石墨烯和准立方硫化物颗粒组成的复合材料。使用EDS进一步分析确定CoS2-NiCo2S4/NSG样品的元素组成。EDS光谱表明存在C，N，S，Co和Ni元素。复合材料的元素分布如图2.2g所示，观察到C和N的均匀连续分布，而S，Co和Ni相对集中。这与复合样品（即负载在N，S掺杂rGO上的CoS2-NiCo2S4）完全一致。此外，还进行了ICP分析，结果表明CoS2-NiCo2S4/NSG样品的Co：Ni摩尔比为3.7：1。该摩尔比不同于Co2+和Ni2+的剂量，这可能是由于反应体系中硫化钴和硫化镍的形成能力不同所致。图2.2（a）CoS2/NSG的SEM图；（b，c）CoS2-NiCo2S4/NSG的SEM图；（d，e）CoS2-NiCo2S4/NSG的TEM图；f）CoS2-NiCo2S4/NSG的HRTEM图；（g）CoS2-NiCo2S4/NSG元素分布图。Fig.2.2SEMimagesof(a)CoS2/NSGand(b,c)CoS2-NiCo2S4/NSGproducts;(d,e)TEMand(f)HRTEMimagesofCoS2-NiCo2S4/NSGproducts;(g)ElementmappinganalysisoftheCoS2-NiCo2S4/NSGproduct
钴基硫化物双金属析氧催化剂合成及电催化性能研究22图2.3没有rGO基底的NiCo2S4样品的不同分辨率的SEM图Fig.2.3SEMimagesofNiCo2S4productobtainedwithoutgraphenesubstrateatdifferentresolutions.图2.4用与CoS2/NSG类似的合成方法获得的NiS2/NSG样品的SEM图Fig.2.4SEMimagesofNiS2/NSGproductsobtainedwithsimilarmethodsasthatofCoS2/NSG.图2.5是CoS2/NSG和CoS2-NiCo2S4/NSG样品的拉曼光谱。波长在1345和1600cm-1处D和G带的典型峰，表明样品中存在rGO。使用XPS分析以确定样品的表面组成和化学状态。两种样品（CoS2/NSG和CoS2-NiCo2S4/NSG）的Co2pXPS谱可解析为几个峰，分别对应于Co（II）和Co（III）以及卫星峰（图2.6a）[99,100]。应该注意的是，引入Ni元素后，Co（II）和Co（III）的XPS谱带都向低结合能方向红移，如Co（III）的779.5eV处的峰移至778.4eV；Co（II）峰从781.8eV转变为780.9eV，这表明Ni的引入对Co位点有很强的影响[101,102]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Bimetallic Nickel Cobalt Sulfide as E cient Electrocatalyst for Zn–Air Battery and Water Splitting[J]. Jingyan Zhang,Xiaowan Bai,Tongtong Wang,Wen Xiao,Pinxian Xi,Jinlan Wang,Daqiang Gao,John Wang. Nano-Micro Letters. 2019(01)
[2]电催化析氧反应过渡金属磷化物和硫化物催化剂研究进展（英文）[J]. 彭立山,SyedShoaib Ahmad Shah,魏子栋. 催化学报. 2018(10)
[3]N-doped defective carbon with trace Co for efficient rechargeable liquid electrolyte-/all-solid-state Zn-air batteries[J]. Zhiyan Chen,Qichen Wang,Xiaobin Zhang,Yongpeng Lei,Wei Hu,Yao Luo,Yaobing Wang. Science Bulletin. 2018(09)
[4]催化剂筛选:火山型曲线成因理论解析及其在多相催化中的应用（英文）[J]. 毛羽,陈建富,王海丰,胡培君. 催化学报. 2015(09)
本文编号：3028580
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