廉价金属硫化物作为高效电催化剂用于裂解水的研究

发布时间：2021-04-28 12:13

　　21世纪以来,传统化石燃料的过度开发和燃烧造成了严重的环境问题和能源危机,因此积极探索可持续的清洁能源迫在眉睫。氢气作为无二次污染且可循环利用的新型清洁能源,成为了替代化石燃料的最佳候选。通过电解水制取氢气被认为是最高效的途径之一,全水解包括两个部分的反应:析氧反应（OER）和析氢反应（HER）,电解水制氢的理论所需电压为1.23 V,然而由于动力学效应使得阴极和阳极通常需要额外的电势才能发生反应。贵金属催化剂（Ru、Ir、Rh等）在电解水反应中具有优异的催化活性,但储量稀缺、价格昂贵等因素严重制约了其商业化应用与发展。与贵金属相比,过渡金属硫化物作为新型电催化材料得到了广泛的研究,将廉价过渡金属硫化物直接生长在三维的泡沫镍基底上,不仅大大降低了成本,还可以有效增加材料的活性位点、电子传输速率等,进一步促进OER、HER的反应进程。本论文着眼于此,首先阐述了过渡金属硫化物电催化剂在近期取得的研究进展,针对相关文献中报道的此类材料电催化活性的优化策略和其反应过程的活性位点进行了总结和讨论。基于现有研究的进展和不足,本论文理性的选择了低成本、高产量同时电化学活性以及稳定性均有较大提升空间的... 

【文章来源】：中北大学山西省

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 电解水概述
        1.2.1 电解水反应发展历史
        1.2.2 析氢反应(HER)
        1.2.3 析氧反应(OER)
        1.2.4 全水解反应
    1.3 电催化剂的研究进展
        1.3.1 贵金属及其氧化物催化剂
        1.3.2 非金属基催化剂
        1.3.3 过渡金属催化剂
    1.4 本文研究意义和研究内容
        1.4.1 研究意义
        1.4.2 研究内容
        1.4.3 研究技术路线
2 实验材料、表征及测试方法
    2.1 实验材料
        2.1.1 实验试剂和药品
        2.1.2 实验仪器与设备
    2.2 材料表征
        2.2.1 X射线衍射分析(XRD)
        2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)
        2.2.3 X射线光电子能谱分析(XPS)
    2.3 材料计算
    2.4 电化学测试
        2.4.1 析氢测试
        2.4.2 析氧测试
        2.4.3 全水解及稳定性测试
    2.5 本章小结
3 三维杂化Co_3O_4@Co_3S_4 纳米阵列作电催化剂裂解水的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 Co_3O_4的制备
        3.2.2 Co_3O_4@Co_3S_4 的制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 Co_3O_4@Co_3S_4 制备流程图
        3.3.2 Co_3O_4@Co_3S_4 的表征
        3.3.3 Co_3O_4@Co_3S_4 电化学测试
        3.3.4 Co_3O_4@Co_3S_4 的全水解和稳定性测试
    3.4 本章小结
4 Cu掺杂Co_9S_8纳米阵列电催化剂裂解水的研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 Cu-Co(CO_3)(OH)纳米棒的制备
        4.2.2 CuCo-MOF纳米阵列的制备
        4.2.3 Cu-Co_9S_8纳米阵列的制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 Cu-Co_9S_8制备流程图
        4.3.2 Cu-Co_9S_8的表征
        4.3.3 Cu-Co_9S_8的DFT计算
        4.3.4 Cu-Co_9S_8的电化学测试
        4.3.5 Cu-Co_9S_8的全水解和稳定性测试
    4.4 本章小结
5 M(M=Fe、Ni、Zn和 Mo)掺杂的Co_9S_8 纳米阵列双功能裂解水电催化剂
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 M(Fe、Ni、Zn和 Mo)-Co(CO_3)(OH)纳米阵列的制备
        5.2.2 M(Fe、Ni、Zn和 Mo)Co-MOF纳米阵列的制备
        5.2.3 M(Fe、Ni、Zn和 Mo)-Co_9S_8 纳米阵列的制备
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 M(Fe、Ni、Zn和 Mo)-Co_9S_8 纳米阵列制备流程图
        5.3.2 M(Fe、Ni、Zn和 Mo)-Co_9S_8的DFT计算
        5.3.3 M(Fe、Ni、Zn和 Mo)-Co_9S_8 的表征
        5.3.4 M(Fe、Ni、Zn和 Mo)-Co_9S_8 的电化学测试
        5.3.5 M(Fe、Ni、Zn和 Mo)-Co_9S_8 的全水解和稳定性测试
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读学位期间发表的论文及所获得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]不同因素对牛-兔种间重构卵融合率的影响[J]. 章孝荣,刘亚,张运海,陈大元,廉莉,李劲松,金仁桃,章志国,章美玲,汪存利.  农业生物技术学报. 2003(06)

博士论文
[1]镍/钴基自支撑型纳米片催化剂制备及电催化水分解性能研究[D]. 张洁.山东大学 2019
[2]掺杂的过渡金属化合物纳米材料及其电催化性能研究[D]. 温路路.中国科学技术大学 2019
[3]过渡金属磷硫化物的制备及其电催化裂解水的研究[D]. 胡一平.兰州大学 2019
[4]铜基非贵金属电催化剂的设计合成及其电催化性能的研究[D]. 倪扬扬.华东师范大学 2019
[5]钴基化合物纳米材料的离子掺杂及新型电催化剂设计的研究[D]. 吴睿.中国科学技术大学 2019

硕士论文
[1]Ni-Fe双金属化合物的制备及其电解水性能研究[D]. 任黎明.安徽工程大学 2019
[2]Ni/Fe基纳米材料的制备及其在电催化裂解水中的应用[D]. 方志强.河南大学 2019



本文编号：3165458