基于离子液体前驱体制备的电解水析氢催化剂及其催化行为研究
发布时间：2021-08-28 21:24
随着环境污染和能源危机的日益加剧,迫使我们寻找清洁、可再生的新能源代替化石燃料。由于氢能具有清洁、来源广泛、高效等优点而受到关注。电解水制氢反应是许多清洁能源技术的基础,它可以在不排放二氧化碳的情况下通过电解水产生氢气,利用这种方法制取氢气可以极大的缓解使用化石燃料造成的环境污染问题和能源危机。电解水包括两个半电极反应:阴极析氢反应（HER）和阳极析氧反应（OER）。电解水过程中高的析氢过电位和析氧过电位会增加制氢成本,催化剂的使用可以有效的降低过电位,从而节约成本。目前最有效的电解水阴极催化剂是铂基贵金属催化剂,然而,这些催化剂不仅稀缺而且价格昂贵,限制了在工业上的大规模应用。因此,开发高效、廉价的阴极电催化剂具有重要意义。在酸性条件下,对非贵金属电催化剂进行了大量的研究,研究发现,过渡金属基及杂原子掺杂碳材料对电解水都有析氢催化活性。然而,这些催化剂的活性与贵金属催化剂比仍有一定差距,同时其制备过程较为复杂、电催化稳定性一般。因此,设计制备一类高效稳定且制备简便的析氢催化剂具有非常重要的意义。本论文的主要研究内容和结果如下:1.以前的研究中我们通过含铁的离子液体制备磷化铁（FeP）...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水电解的电解池构造示意图
1.5.2 过渡金属硫化物复合材料过渡金属硫属化合物具有类石墨烯二维结构，因其结构的特殊性在催化、电池、固体润滑等方面受到广泛的关注[25]。过渡金属硫属化合物中二硫化钼是最早研究其作为电解水析氢催化剂的。二硫化钼为层状的六方晶系结构，层内部是硫原子和钼原子组成的六元环，层与层之间则是通过范德华力结合在一起，层间距约为 0.7 nm。层状硫化物材料可以衍生出不同形式的低维材料，如纳米管、纳米带、团簇或纳米粒子。二硫化钼边缘位置是电解水析氢反应的催化活性中心。在已报道的电极材料中，以 MoSx基[26-28]、WS2基和 CoS2基复合材料引起了研究者的广泛关注[29-31]。特别是 MoSx基复合材料，研究表明它们的边缘和缺陷中心是催化活性中心，而它们的基面是催化惰性的[32]。因此，把 MoSx设计成可更多暴露边缘位置的纳米尺寸（单层或少层 MoS2纳米片，MoS2纳米颗粒），其析氢反应的催化活性会比块状的更活跃。金属前驱体与负载基体之间的化学键强有利于得到小尺寸和高分散性的 MoSx颗粒。此外，碳载体与 MoSx之间的紧密电子相互作用将促进碳基体与 MoSx之间的快速电荷转移，从而加速产氢。
图 1.4 Mo2C/CNTgraphene 的合成路径示意图（a）；Mo2C/CNTGR（b），Mo2N/CNT（c）和MoS2/CNTGR（d）的 TEM 图[39]。如图 1.4 所示，Duck[39]等将 Mo2C 修饰到碳纳米管-石墨烯杂化载体上，一方面，由于碳纳米管-石墨烯杂化载体构建了三维大孔结构，有利于电子和电解液的快速转移；另一方面，分散良好的 Mo2C 纳米粒子提供了更多的催化中心，因此，该材料被证明是一种高效的电解水析氢催化剂。何永春[40]和崔伟[11]分别把 Mo2C修饰到石墨烯片（Mo2C-G）和石墨化碳片（Mo2C-GCSs）上，同样都被证实为高效且稳定的电催化剂。Mo2C 基复合材料的析氢高催化活性主要是由于 Mo2C 与碳载体的共价结合降低了水还原反应中的氢结合能。1.5.4 过渡金属氮化物复合材料与上述碳化物相似，过渡金属氮化物是将 N 原子填充到六方或立方堆积的金属晶格的空隙中形成。通常情况下，过渡金属氮化物是将相应的金属前驱体放在氨气氛围中高温氮化得到。目前，研究的最多的氮化物是氮化钼，根据金属前驱体和氮化温度的不同，可以制备得到不同计量比的氮化钼（MoN、Mo2N、Mo2N0.78
【参考文献】：
期刊论文
[1]直接合成双掺杂N-MoP/N-CNT及其高效析氢催化性能（英文）[J]. 张俊涛,眭瑞,薛延荣,王兴栋,裴加景,梁鑫,庄仲滨. Science China Materials. 2019(05)
[2]可再生能源利用现状与发展趋势[J]. 汪秀丽. 水利电力科技. 2005(04)
硕士论文
[1]3d过渡金属合金层状双氢氧化物的制备及其电解水催化性能[D]. 刘青云.湖北大学 2016
本文编号：3369273
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水电解的电解池构造示意图
1.5.2 过渡金属硫化物复合材料过渡金属硫属化合物具有类石墨烯二维结构，因其结构的特殊性在催化、电池、固体润滑等方面受到广泛的关注[25]。过渡金属硫属化合物中二硫化钼是最早研究其作为电解水析氢催化剂的。二硫化钼为层状的六方晶系结构，层内部是硫原子和钼原子组成的六元环，层与层之间则是通过范德华力结合在一起，层间距约为 0.7 nm。层状硫化物材料可以衍生出不同形式的低维材料，如纳米管、纳米带、团簇或纳米粒子。二硫化钼边缘位置是电解水析氢反应的催化活性中心。在已报道的电极材料中，以 MoSx基[26-28]、WS2基和 CoS2基复合材料引起了研究者的广泛关注[29-31]。特别是 MoSx基复合材料，研究表明它们的边缘和缺陷中心是催化活性中心，而它们的基面是催化惰性的[32]。因此，把 MoSx设计成可更多暴露边缘位置的纳米尺寸（单层或少层 MoS2纳米片，MoS2纳米颗粒），其析氢反应的催化活性会比块状的更活跃。金属前驱体与负载基体之间的化学键强有利于得到小尺寸和高分散性的 MoSx颗粒。此外，碳载体与 MoSx之间的紧密电子相互作用将促进碳基体与 MoSx之间的快速电荷转移，从而加速产氢。
图 1.4 Mo2C/CNTgraphene 的合成路径示意图（a）；Mo2C/CNTGR（b），Mo2N/CNT（c）和MoS2/CNTGR（d）的 TEM 图[39]。如图 1.4 所示，Duck[39]等将 Mo2C 修饰到碳纳米管-石墨烯杂化载体上，一方面，由于碳纳米管-石墨烯杂化载体构建了三维大孔结构，有利于电子和电解液的快速转移；另一方面，分散良好的 Mo2C 纳米粒子提供了更多的催化中心，因此，该材料被证明是一种高效的电解水析氢催化剂。何永春[40]和崔伟[11]分别把 Mo2C修饰到石墨烯片（Mo2C-G）和石墨化碳片（Mo2C-GCSs）上，同样都被证实为高效且稳定的电催化剂。Mo2C 基复合材料的析氢高催化活性主要是由于 Mo2C 与碳载体的共价结合降低了水还原反应中的氢结合能。1.5.4 过渡金属氮化物复合材料与上述碳化物相似，过渡金属氮化物是将 N 原子填充到六方或立方堆积的金属晶格的空隙中形成。通常情况下，过渡金属氮化物是将相应的金属前驱体放在氨气氛围中高温氮化得到。目前，研究的最多的氮化物是氮化钼，根据金属前驱体和氮化温度的不同，可以制备得到不同计量比的氮化钼（MoN、Mo2N、Mo2N0.78
【参考文献】：
期刊论文
[1]直接合成双掺杂N-MoP/N-CNT及其高效析氢催化性能（英文）[J]. 张俊涛,眭瑞,薛延荣,王兴栋,裴加景,梁鑫,庄仲滨. Science China Materials. 2019(05)
[2]可再生能源利用现状与发展趋势[J]. 汪秀丽. 水利电力科技. 2005(04)
硕士论文
[1]3d过渡金属合金层状双氢氧化物的制备及其电解水催化性能[D]. 刘青云.湖北大学 2016
本文编号：3369273
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3369273.html
