通过复合与掺杂策略提升二硫化钼电催化剂碱性析氢性能的研究

发布时间：2021-07-09 08:59

　　传统化石能源的日益枯竭,以及环境污染等问题不断制约着人类的发展。人们迫切需要寻求一种绿色、安全、可再生的新型能源。氢气是一类极具发展前景的清洁能源。通过电解水制取氢气是一种高效环保、满足可持续发展的绿色技术。然而,目前电解水产氢过程仍面临过电位较大、能耗较高等问题。因此需要寻求高性能的析氢催化剂来尽可能降低过电位,提高反应效率。铂族贵金属虽然在析氢反应中表现出十分优异的性能,但是价格昂贵、含量稀少,不利于大规模应用。过渡金属化合物MoS₂是一种二维材料,不仅具有较好的析氢催化活性,同时价格低廉,易于制备,有望取代铂而用作高性能的析氢催化剂。考虑到目前工业上的电解水技术主要是以碱性电解水为主,但是碱性条件下存在析氢动力学缓慢,消耗电能较高等缺点。而以往大部分的研究主要是致力于提升MoS₂在酸性介质中的析氢活性,对于碱性条件下的析氢研究仍相对匮乏。本文以MoS₂为研究对象,分别采取与RuO₂复合以及Co掺杂两种策略,改善MoS₂在碱性中的缓慢析氢动力学过程,提升二硫化钼基催化剂的碱... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

常见的电解槽示意图

则表明析氢过程是以 Volmer- Heyrovsky反应进行。但制，第一步都涉及 Volmer 反应，即对应于 Hads的生成。因此布斯自由能 ΔGH来作为某一特定催化材料的氢析出性能的本种性能优异的析氢催化剂，其表面位点处键合氢的能力既不弱。如果氢原子在催化剂表面键合力过强（ΔGH<<0），则脱，导致大量的活性位点被占据，不利于后续的吸附态氢原子如果氢原子在催化剂表面的键合力太弱（ΔGH>>0），则表示ads）的形成需要突破较大的能垒，即 Hads不能自发产生。因此氢吸附自由能应该接近于 0（ΔGH0），催化剂能发挥出优异的此，科研人员研究催化剂的 ΔGH和交换电流密度（i0）的关系的 i0~ΔGH可绘制成一张―火山图‖[8-10]。如图 1.2 所示，最理想该位于曲线的顶端，即催化剂与氢原子的结合力适中，同时最大。

图 1.3 六类金属磷化物水分解催化剂设计策略[27]Figure 1.3 Summary of designing strategies and six types of transition metalphosphides used for water splitting.过渡金属硫族化合物的化学分子式为 MX2（M 表示过渡金属；X 表示硫族元素），主要包括二维层状材料（如 MoS2、WS2、MoSe2、WSe2、TaS2和 TiS等）和黄铁矿型材料（CoSe2、CoS2、NiS2、NiSe2、FeS2等）。二维过渡金属硫族化合物在析氢催化领域受到了许多学者的关注。在其本征特性以外，研究人员还发现利用掺杂和构筑异质结构的方法可以有效地改善二维过渡金属硫族化合物的各种属性、调节能带结构，极大的拓展其应用范围。例如，Markovic 设计了一种 Co–Mo–Sx的结构，这种催化剂不仅具有高活性，同时稳定性也很好。在较宽 PH范围都具有 HER 活性[28]。Guo等人合成纳米带状的 CoSe2/DETA前驱体，然后通过 DETA锚定吸附 Co2+，接着利用 NaBH4溶液将 Co2+还原，获[29]


本文编号：3273446