碳化钼催化剂形貌调控及其电催化析氢性能研究
发布时间：2021-07-13 04:31
随着经济的发展,能源紧缺和环境污染问题日益严重,氢能作为一种清洁能源被广泛关注。电催化分解水制氢因工艺简单、环境友好等优点而被广泛研究,开发高性能催化剂降低析氢过电位和产氢能耗是大规模使用电催化分解水制氢的关键。碳化钼因具有与贵金属Pt类似的电子结构,具有较高的电催化析氢性能,但与贵金属催化剂相比,其析氢过电位仍有待进一步降低。已有研究表明碳化钼的制氢催化活性与催化材料形貌、表面活性位点紧密相关,本文主要通过对碳化钼形貌进行调控和对碳化钼催化剂进行水热处理等方法来优化其电解水制氢催化性能。主要研究内容如下:一、利用控制合成温度的方法制备了厚度为4～5 nm的超薄碳化钼纳米片催化剂,相比于颗粒状的碳化钼样品超薄纳米片结构的催化剂具有优异的电催化活性和稳定性。当电流密度达到10 mA/cm2时,在1M KOH溶液中的过电位为-160 mV（vs.RHE）。二、采用水热法对纳米片碳化钼进行处理,研究结果表明,经过水热处理后催化剂表面的活性含氧基团明显减少,催化剂表面Mo元素的结合能向低场偏移,电催化析氢活性显著提高。三、通过在制备碳化钼催化剂的前驱体溶液中添加掺杂试剂,...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同热处理温度下催化剂样品的XRD谱图
通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)表征了制备的纯相Mo2C样品的微观形貌,如图3-2所示。Mo2C-900样品具有纳米片状形貌和多孔表面结构;与Mo2C-900相比,Mo2C-1000样品颗粒尺寸明显增大,颗粒之间空隙减小;当合成温度升至1150℃和1200℃时,颗粒进一步发育长大和团聚,样品表面致密平滑,片状形貌特征完全消失。这表明,合成温度对于碳化钼样品的形貌具有显著影响,1000℃高温合成条件可使得碳化钼纳米片轴向生长,纳米片厚度明显增加,当合成温度升至1150℃以上时,催化剂样品片状形貌消失,发育成大尺寸碳化钼颗粒。3.3.1.3催化剂N2物理吸脱附分析结果
对所制备的Mo2C-900的比表面积通过氮气吸脱附测试进行了研究,如图3-3a所示,Mo2C-900为Ⅳ型等温线,在P/P0为0-0.5的阶段N2分子以单层的形式被吸附到样品的表面,使得吸附曲线呈现出直线上升的趋势。在P/P0为0.5-1.0阶段,N2分子以多层的形式被吸附到样品的内部,导致吸附量快速增加,在这一阶段吸附曲线出现拐点,具有明显的H1型迟滞回环线。图3-3b为根据吸脱附等温线采用BJH模型所拟合的孔径分布图,可以看出,Mo2C-900样品中孔径分布不均一,存在孔径尺寸分别约为5 nm和10 nm的两种介孔结构。为了对比研究较高温合成条件对碳化钼样品表面孔结构的影响,选取了Mo2C-1000样品进行氮气吸脱附测试(氮气吸脱附曲线见图3-3a),由图可以看出,Mo2C-1000吸脱附等温线中没有明显的吸脱附迟滞回环,表明样品表面较为致密。使用BET模型对碳化钼样品比表面积进行拟合,得到Mo2C-900和Mo2C-1000样品的比表面积值分别为117.4 m2/g和9.8 m2/g,表明随着合成温度的升高,碳化钼样品表面比表面积急剧减小,这与上述FESEM观测结果一致,即高温条件导致碳化钼样品发育长大,烧结和团聚。3.3.1.4催化剂透射电镜表征结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]泡沫镍负载Co-MoC@N-CNS/CNT作为自支撑电极用于全水分解（英文）[J]. 邢江南,林斐,黄柳韬,司玉昌,王一菁,焦丽芳. Chinese Journal of Catalysis. 2019(09)
[2]全球能源未来发展的五个趋势[J]. 周问雪. 新能源经贸观察. 2018(11)
[3]绿色能源氢能及其电解水制氢技术进展[J]. 刘芸. 电源技术. 2012(10)
[4]碳化终温对碳化钼的制备及甲烷二氧化碳重整催化性能的影响[J]. 程金民,黄伟,左志军. 高等学校化学学报. 2010(01)
[5]石油峰值理论及世界石油峰值预测[J]. 冯连勇,赵林,赵庆飞,王志明. 石油学报. 2006(05)
本文编号：3281350
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同热处理温度下催化剂样品的XRD谱图
通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)表征了制备的纯相Mo2C样品的微观形貌,如图3-2所示。Mo2C-900样品具有纳米片状形貌和多孔表面结构;与Mo2C-900相比,Mo2C-1000样品颗粒尺寸明显增大,颗粒之间空隙减小;当合成温度升至1150℃和1200℃时,颗粒进一步发育长大和团聚,样品表面致密平滑,片状形貌特征完全消失。这表明,合成温度对于碳化钼样品的形貌具有显著影响,1000℃高温合成条件可使得碳化钼纳米片轴向生长,纳米片厚度明显增加,当合成温度升至1150℃以上时,催化剂样品片状形貌消失,发育成大尺寸碳化钼颗粒。3.3.1.3催化剂N2物理吸脱附分析结果
对所制备的Mo2C-900的比表面积通过氮气吸脱附测试进行了研究,如图3-3a所示,Mo2C-900为Ⅳ型等温线,在P/P0为0-0.5的阶段N2分子以单层的形式被吸附到样品的表面,使得吸附曲线呈现出直线上升的趋势。在P/P0为0.5-1.0阶段,N2分子以多层的形式被吸附到样品的内部,导致吸附量快速增加,在这一阶段吸附曲线出现拐点,具有明显的H1型迟滞回环线。图3-3b为根据吸脱附等温线采用BJH模型所拟合的孔径分布图,可以看出,Mo2C-900样品中孔径分布不均一,存在孔径尺寸分别约为5 nm和10 nm的两种介孔结构。为了对比研究较高温合成条件对碳化钼样品表面孔结构的影响,选取了Mo2C-1000样品进行氮气吸脱附测试(氮气吸脱附曲线见图3-3a),由图可以看出,Mo2C-1000吸脱附等温线中没有明显的吸脱附迟滞回环,表明样品表面较为致密。使用BET模型对碳化钼样品比表面积进行拟合,得到Mo2C-900和Mo2C-1000样品的比表面积值分别为117.4 m2/g和9.8 m2/g,表明随着合成温度的升高,碳化钼样品表面比表面积急剧减小,这与上述FESEM观测结果一致,即高温条件导致碳化钼样品发育长大,烧结和团聚。3.3.1.4催化剂透射电镜表征结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]泡沫镍负载Co-MoC@N-CNS/CNT作为自支撑电极用于全水分解（英文）[J]. 邢江南,林斐,黄柳韬,司玉昌,王一菁,焦丽芳. Chinese Journal of Catalysis. 2019(09)
[2]全球能源未来发展的五个趋势[J]. 周问雪. 新能源经贸观察. 2018(11)
[3]绿色能源氢能及其电解水制氢技术进展[J]. 刘芸. 电源技术. 2012(10)
[4]碳化终温对碳化钼的制备及甲烷二氧化碳重整催化性能的影响[J]. 程金民,黄伟,左志军. 高等学校化学学报. 2010(01)
[5]石油峰值理论及世界石油峰值预测[J]. 冯连勇,赵林,赵庆飞,王志明. 石油学报. 2006(05)
本文编号：3281350
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