钼、钌硫系化合物的设计合成及电催化性能研究
发布时间：2021-06-12 03:11
当今,全球能源的需求日益增长,加上化石燃料的过度开采和使用已经造成严重的环境污染,促使人们对各种清洁能源和开发可持续能源技术的追求进行了深入的研究。由于氢分子具有最高的单位质量能量密度,并且在燃烧时生成的物质是水,并且具有高效率、低成本和环境友好性,因而被认为是最理想的清洁能源,所以有关电催化剂的研究吸引了越来越多的目光。RuxSe纳米粒子由于具有非常高效的电催化性能,而成本仅为Pt的1/25,性能与之相当,因此其吸引了越来越多的关注。但是RuxSe纳米粒子比较容易堆积和聚合,使得其电催化性能受到了抑制。本文对其的空间进行优化,在一定程度上使其分布均匀,从而提高了复合材料的整体电催化性能。取得研究成果如下:1、采用简单的水热法制备了RuxSe纳米粒子,将合成的产物对其进行不同温度的煅烧,最后将RuxSe滴涂在商用碳纤维纸上,其在碱性介质中具有高效的析氢电催化活性。电流密度为10 mA cm-2时过电势仅为25.3 mV,Tafel斜率为42.4 mV dec-1
【文章来源】：辽宁石油化工大学辽宁省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电解水原理图
4图1.2电催化剂组成元素Fig.1.2Electrocatalystconstituentelements1.3.1贵金属电催化剂Pt，Ru，Rh，Ir和Pd的铂族金属(PGMs)已经被证明是优异的析氢电催化剂。其中，铂族金属(PGMs)在电解质中最高效并稳定的析氢电催化剂。但是由于其高成本和储量稀缺，这一缺点大大限制了它们在大规模工业中的应用。1.3.2非贵金属电催化剂在过去几十年中，为了研究出性能优异的电催化剂来替代PGM，研究人员对各种非贵重金属催化剂进行了HER的研究。但是，普遍来看非贵金属电催化剂的催化活性或稳定性还不尽人意。对非贵金属的电催化剂进行活性对比，发现非贵金属中催化活性较好顺序为Ni>Mo>Co>W>Fe>Cu[14]。为了提高非贵金属的性能，Raj使用电沉积方法[15]，在钢基底上制备了几种二元Ni基合金。测试结果表明合金的催化活性按NiMo>NiZn>NiCo>NiW>NiFe>NiCr。NiMo合金不仅显示出最高的催化活性，而且显示出最佳的稳定性。因此，二元或三元Ni-Mo合金被认为是具有高活性和低电阻并且良好稳定性的催化剂[14]。1.3.3过渡金属硫化物电催化剂长期以来钼和硫族化合物一直被认为是加氢脱硫(HDS)的催化剂[16]。由于HDS和HER都包含吸附的氢原子作为催化中间体，所以探索HDS催化剂(如MoS2)在析氢电催化中的催化活性。Xie课题组通过设计合成最终制得MoS2纳米片[17]，合成的MoS2具有富缺陷特点，这些富缺陷可以暴露出更多的活性位点。合成获得的MoS2纳米片具有优异的性
6图1.3CoP/CC、CC、Pt/C的性能及CoP/CC稳定性Fig.1.3PerformanceofCoP/CC,CC,Pt/CandCoP/CCstability1.4论文的主要研究内容及意义电催化剂的应用研究令人兴奋，但仍然存在许多挑战。本文旨在通过减少昂贵的金属，有毒或腐蚀性试剂的使用，通过调节温度，条件来合成低成本、高效的电催化剂，以减小过电势、降低析氢动力学，以提高析氢电催化活性。合成的RuxSe纳米粒子容易聚集，减少催化位点活性，从而削弱纳米颗粒电催化剂的整体性能，因此优化纳米颗粒，提高其分散性进而促进催化剂的析氢活性。具体内容如下：(1)采用水热法合成RuxSe纳米粒子，之后对其进行高温灼烧，探究其最佳活性的适宜温度，最后制备成电极。由于Ru对于水分子具有加速分解的作用，并且Se又可以增加活性位点吸附过渡态H，另外所用基底为碳纤维纸，具有较大的表面积，所以该电催化剂具有良好的催化活性。利用XRD、SEM、TEM、HRTEM、XPS等方式对其结构、性质进行分析，并利用电化学工作站对其电催化性能进行分析，解释RuxSe纳米粒子结构与性能的关系，并探究适宜的温度。(2)利用阳极氧化法合成得到二氧化钛纳米管阵列，之后将第一个体系合成的RuxSe纳米粒子与之进行复合，得到RuxSe@TNA点催化剂。由于RuxSe纳米粒子容易团聚，因此合成具有较大的比表面积和定向电荷转移通道的TiO2纳米管阵列。RuxSe纳米粒子与其复合，可以均匀的负载其上面，杂化使得催化剂可以提供更多的活性位点。采用XRD、SEM、TEM、HRTEM、XPS、BET等方式对其进行结构分析，并利用电化学工作站对其电催化性能进行分析，最终解释RuxSe@TNA结构与性能的关系。(3)通过利用简单的水热法一步合成MoS2纳米片，之后将RuxSe纳米粒子与MoS2纳米片进行第二步水热合成，最终得到RuxSe@MoS2电催化剂。MoS2可以?
【参考文献】：
硕士论文
[1]镍基硫族纳米材料的制备、表征及其电催化产氢应用[D]. 唐春.西华师范大学 2016
本文编号：3225828
【文章来源】：辽宁石油化工大学辽宁省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电解水原理图
4图1.2电催化剂组成元素Fig.1.2Electrocatalystconstituentelements1.3.1贵金属电催化剂Pt，Ru，Rh，Ir和Pd的铂族金属(PGMs)已经被证明是优异的析氢电催化剂。其中，铂族金属(PGMs)在电解质中最高效并稳定的析氢电催化剂。但是由于其高成本和储量稀缺，这一缺点大大限制了它们在大规模工业中的应用。1.3.2非贵金属电催化剂在过去几十年中，为了研究出性能优异的电催化剂来替代PGM，研究人员对各种非贵重金属催化剂进行了HER的研究。但是，普遍来看非贵金属电催化剂的催化活性或稳定性还不尽人意。对非贵金属的电催化剂进行活性对比，发现非贵金属中催化活性较好顺序为Ni>Mo>Co>W>Fe>Cu[14]。为了提高非贵金属的性能，Raj使用电沉积方法[15]，在钢基底上制备了几种二元Ni基合金。测试结果表明合金的催化活性按NiMo>NiZn>NiCo>NiW>NiFe>NiCr。NiMo合金不仅显示出最高的催化活性，而且显示出最佳的稳定性。因此，二元或三元Ni-Mo合金被认为是具有高活性和低电阻并且良好稳定性的催化剂[14]。1.3.3过渡金属硫化物电催化剂长期以来钼和硫族化合物一直被认为是加氢脱硫(HDS)的催化剂[16]。由于HDS和HER都包含吸附的氢原子作为催化中间体，所以探索HDS催化剂(如MoS2)在析氢电催化中的催化活性。Xie课题组通过设计合成最终制得MoS2纳米片[17]，合成的MoS2具有富缺陷特点，这些富缺陷可以暴露出更多的活性位点。合成获得的MoS2纳米片具有优异的性
6图1.3CoP/CC、CC、Pt/C的性能及CoP/CC稳定性Fig.1.3PerformanceofCoP/CC,CC,Pt/CandCoP/CCstability1.4论文的主要研究内容及意义电催化剂的应用研究令人兴奋，但仍然存在许多挑战。本文旨在通过减少昂贵的金属，有毒或腐蚀性试剂的使用，通过调节温度，条件来合成低成本、高效的电催化剂，以减小过电势、降低析氢动力学，以提高析氢电催化活性。合成的RuxSe纳米粒子容易聚集，减少催化位点活性，从而削弱纳米颗粒电催化剂的整体性能，因此优化纳米颗粒，提高其分散性进而促进催化剂的析氢活性。具体内容如下：(1)采用水热法合成RuxSe纳米粒子，之后对其进行高温灼烧，探究其最佳活性的适宜温度，最后制备成电极。由于Ru对于水分子具有加速分解的作用，并且Se又可以增加活性位点吸附过渡态H，另外所用基底为碳纤维纸，具有较大的表面积，所以该电催化剂具有良好的催化活性。利用XRD、SEM、TEM、HRTEM、XPS等方式对其结构、性质进行分析，并利用电化学工作站对其电催化性能进行分析，解释RuxSe纳米粒子结构与性能的关系，并探究适宜的温度。(2)利用阳极氧化法合成得到二氧化钛纳米管阵列，之后将第一个体系合成的RuxSe纳米粒子与之进行复合，得到RuxSe@TNA点催化剂。由于RuxSe纳米粒子容易团聚，因此合成具有较大的比表面积和定向电荷转移通道的TiO2纳米管阵列。RuxSe纳米粒子与其复合，可以均匀的负载其上面，杂化使得催化剂可以提供更多的活性位点。采用XRD、SEM、TEM、HRTEM、XPS、BET等方式对其进行结构分析，并利用电化学工作站对其电催化性能进行分析，最终解释RuxSe@TNA结构与性能的关系。(3)通过利用简单的水热法一步合成MoS2纳米片，之后将RuxSe纳米粒子与MoS2纳米片进行第二步水热合成，最终得到RuxSe@MoS2电催化剂。MoS2可以?
【参考文献】：
硕士论文
[1]镍基硫族纳米材料的制备、表征及其电催化产氢应用[D]. 唐春.西华师范大学 2016
本文编号：3225828
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3225828.html
