钼酸钴基全分解水电催化剂的设计及性能研究
发布时间：2021-06-27 16:16
为解决能源危机,获得可持续和可再生能源,将水分解成为氢气和氧气已经引起了人们的巨大研究兴趣。电催化分解水是由析氧反应（OER）和析氢反应（HER）两部分组成的,然而这两部分均需要催化剂具有高活性,高稳定性和经济节能性。作为过渡金属氧化物的钼酸钴,其晶体结构稳定,氧化还原能力强,被认为是很具有开发潜能的电催化剂,但是其活性位点利用率低,稳定性差等限制了对它的应用。因此,通过在钼酸钴材料的基础上,通过掺杂,还原等方法弥补缺陷,降低分解水反应动力学能垒,增大比表面积,提高稳当性,从而构筑新型高效的电催化剂。在三维泡沫镍上成功合成了一系列磷掺杂的CoMoO4团簇棒状结构的电催化剂,并在1 M KOH溶液中进行了高效的析氢反应（HER）。将磷掺入CoMoO4中可以显著的提高HER活性,并且在350℃磷化条件下的CoMoO4团簇棒表现出最佳活性,只需要56和148 mV的过电势即可到达10 mA cm-2和100 mA cm-2的电流密度。该电极在30小时的IT和3000圈CV循环都表现出相当好的长期电化学稳定性。随着磷化温度升高到450℃,CoMoO4...
【文章来源】：哈尔滨师范大学黑龙江省
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水电解槽截面图
哈尔滨师范大学硕士学位论文-6-最后在60℃真空干燥箱中干燥6个小时。(3)P-CoMoO4的制备：将第二步的产物CoMoO4·H2O和1gNaH2PO2分别放入两瓷舟中并置于管式炉内。NaH2PO2放置于管式炉的上游，CoMoO4·H2O放置管式炉中心位置。在氮气气氛中分别加热300℃、350℃、400℃、均保持2h，升温速率为2℃/min。最后，分别得到催化剂P-CoMoO4·H2O-300、P-CoMoO4-350、P-CoMoO4-400使用去离子水和无水乙醇清洗并真空干燥。本章中P-CoMoO4材料的制备过程如图2-1所示：图2-1：在镍网上制备P-CoMoO4材料的过程示意图Figure2-1DiagramforthefabricationprocessofP-CoMoO4onNifoam2.2.3表征手段由X射线衍射仪（XRD,RigakuRU-D/max2500,CuKα辐射为X射线源）进行表征样品的物相信息，衍射角度范围为10-90°。用扫描电子显微镜(SEM,HitachiSU-70)进行形貌的表征。利用X射线光电子能谱（XPS，Escalab,250Xi）对样品表面元素的化合价态和化学键结合能进行表征。2.2.4电催化性能的测试电催化析氢性能的测试过程中，使用的测试溶液是1MKOH溶液，使用的电化学工作站是CHI660E(ChenHua,Instruments,Shanghai,China),在使用的三电极体系中：对电极是碳棒，参比电极是饱和氯化钾的甘汞电极，工作电极是负载P-CoMoO4的镍网催化剂。其中，线性伏安扫描(LSV)测试的扫速为5mV/s，测试的电压区间为0~-1Vvs.RHE;阻抗电阻(EIS)的测试电压为-80mVvs.RHE,测试的频率范围为100kHz到0.01Hz。利用循环扫描伏安法(CV)测试样品的循环稳定性，其电压区间为：-1~0Vvs.RHE；计时电位稳定性测试在电流密度为-10mAcm-2
第2章P-CoMoO4材料的制备及电催化析氢性能-9-图2-3(a),(b)是Co(OH)F的SEM图像；(c),(d)是CoMoO4的SEM图像；(e),(f)是P-CoMoO4-350的SEM图像；(g)是P-CoMoO4-350的mapping图像。Figure2-3.SEMimagesof(a,b)Co(OH)F,(c,d)CoMoO4(e,f)P-CoMoO4-350and(g)thecorrespondingEDSelementalmappingimagesofCo,Mo,O,andPinP-CoMoO4-350.如图2-3(a),(b)所示，在第一步水热反应后，显示了Co(OH)F的形貌，可以看出Co(OH)F均匀的长在了泡沫镍上，并形成了带有锯齿状的片状结构。第二步水热反应后，由图2-3(c),(d)可以看出锯齿状的Co(OH)F转变成了团簇的棒状结构，而团簇的棒状结构表面非常光滑。第三步中，将样品放入管式炉中在350度的高温下进行磷化，磷化后，在图2-3(e),(f)可以看出样品依旧保持了团簇的棒状结构，但结构的表面由光滑变得粗糙了起来，并在样品的表面形成了非常明显的颗粒状。同时，棒状结构随着温度的升高，尺寸也有所拉伸。在图2-3(g)中的EDS谱图中的元素映射图像进一步证实了Co，Mo，O，P均匀的分布在样品中，这也表明了P的掺杂是均匀的。通过EDS能谱得出，P-CoMoO4-350中得P的含量是9.47％。图2-4P-CoMoO4-350的(a)TEM图像;(b)高分辨率透射电镜图象。Figure2-4TEM(a)andHR-TEM(b)imagesofP-CoMoO4-350.
本文编号：3253179
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水电解槽截面图
哈尔滨师范大学硕士学位论文-6-最后在60℃真空干燥箱中干燥6个小时。(3)P-CoMoO4的制备：将第二步的产物CoMoO4·H2O和1gNaH2PO2分别放入两瓷舟中并置于管式炉内。NaH2PO2放置于管式炉的上游，CoMoO4·H2O放置管式炉中心位置。在氮气气氛中分别加热300℃、350℃、400℃、均保持2h，升温速率为2℃/min。最后，分别得到催化剂P-CoMoO4·H2O-300、P-CoMoO4-350、P-CoMoO4-400使用去离子水和无水乙醇清洗并真空干燥。本章中P-CoMoO4材料的制备过程如图2-1所示：图2-1：在镍网上制备P-CoMoO4材料的过程示意图Figure2-1DiagramforthefabricationprocessofP-CoMoO4onNifoam2.2.3表征手段由X射线衍射仪（XRD,RigakuRU-D/max2500,CuKα辐射为X射线源）进行表征样品的物相信息，衍射角度范围为10-90°。用扫描电子显微镜(SEM,HitachiSU-70)进行形貌的表征。利用X射线光电子能谱（XPS，Escalab,250Xi）对样品表面元素的化合价态和化学键结合能进行表征。2.2.4电催化性能的测试电催化析氢性能的测试过程中，使用的测试溶液是1MKOH溶液，使用的电化学工作站是CHI660E(ChenHua,Instruments,Shanghai,China),在使用的三电极体系中：对电极是碳棒，参比电极是饱和氯化钾的甘汞电极，工作电极是负载P-CoMoO4的镍网催化剂。其中，线性伏安扫描(LSV)测试的扫速为5mV/s，测试的电压区间为0~-1Vvs.RHE;阻抗电阻(EIS)的测试电压为-80mVvs.RHE,测试的频率范围为100kHz到0.01Hz。利用循环扫描伏安法(CV)测试样品的循环稳定性，其电压区间为：-1~0Vvs.RHE；计时电位稳定性测试在电流密度为-10mAcm-2
第2章P-CoMoO4材料的制备及电催化析氢性能-9-图2-3(a),(b)是Co(OH)F的SEM图像；(c),(d)是CoMoO4的SEM图像；(e),(f)是P-CoMoO4-350的SEM图像；(g)是P-CoMoO4-350的mapping图像。Figure2-3.SEMimagesof(a,b)Co(OH)F,(c,d)CoMoO4(e,f)P-CoMoO4-350and(g)thecorrespondingEDSelementalmappingimagesofCo,Mo,O,andPinP-CoMoO4-350.如图2-3(a),(b)所示，在第一步水热反应后，显示了Co(OH)F的形貌，可以看出Co(OH)F均匀的长在了泡沫镍上，并形成了带有锯齿状的片状结构。第二步水热反应后，由图2-3(c),(d)可以看出锯齿状的Co(OH)F转变成了团簇的棒状结构，而团簇的棒状结构表面非常光滑。第三步中，将样品放入管式炉中在350度的高温下进行磷化，磷化后，在图2-3(e),(f)可以看出样品依旧保持了团簇的棒状结构，但结构的表面由光滑变得粗糙了起来，并在样品的表面形成了非常明显的颗粒状。同时，棒状结构随着温度的升高，尺寸也有所拉伸。在图2-3(g)中的EDS谱图中的元素映射图像进一步证实了Co，Mo，O，P均匀的分布在样品中，这也表明了P的掺杂是均匀的。通过EDS能谱得出，P-CoMoO4-350中得P的含量是9.47％。图2-4P-CoMoO4-350的(a)TEM图像;(b)高分辨率透射电镜图象。Figure2-4TEM(a)andHR-TEM(b)imagesofP-CoMoO4-350.
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