多边形磷化钴合成及其电化学析氢性能研究
发布时间：2017-05-01 01:02
本文关键词：多边形磷化钴合成及其电化学析氢性能研究，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：氢气作为一种新型的绿色能源,有机会取代传统的化石能源,作为人类主要的能源供给。地球上绝大多数的氢能源是以水的状态存在的,通过电解水制氢是最有发展潜力的一种制备氢气的方法。过渡金属磷化物已凭借其优良的催化活性受到人们的广泛关注。而磷化钴作为过渡金属磷化物大家庭中的重要一员,在电解水领域已表现出很大的应用潜力。传统的磷化钴制备是由红磷等对氧化钴进行磷化,磷化产生的磷化钴磷原子与钴原子的比例并不一定。本文通过次磷酸钠热分解,对各种不同形貌的氧化钴以及其他钴盐的前驱体进行磷化,在磷化的过程中尽量能够保持钴盐前驱体的形貌,使制备得到的磷化钴具有较大的比表面积,从而在催化析氢的反应中能够表现出优异的性能。本论文的主要研究内容如下:(1)以沸石咪唑酯骨架结构-67(ZIF-67)为前驱体,通过两步烧结的方法,首先在能够保持框架结构的前提下得到十二面体的氧化钴,然后尽量缓慢的升高温度得到具有微观十二面体结构的磷化钴,所获得的磷化钴由于规整的微观形貌,具有优良的催化性能,在电化学极化曲线中,电流密度达到20 mA cm-2时,电极的过点位在380 mv左右,相应的塔菲尔斜率为93 mv decade-1。通过改变磷化温度发现,当磷化温度过高时,十二面体形貌遭到破坏,析氢效果大大降低。而当磷化温度较低时,虽然能够得到磷化钴的晶型,但是由于磷化过程的不完全,使其析氢效果欠佳。(2)以氯化钴,柠檬酸钠和钴氰化钾为原料合成具有纳米立方结构的金属-有机框架材料(MOFs),并以此为前驱体通过相同的方式进行磷化,制备得到了具有较大比表面积(53.2 m2 g-1)的形貌,结构均匀的纳米立方磷化钴,其具有良好的析氢催化性能,当通过电极上的电流密度为50 mA cm-2时,析氢过电位仅为220 mv,相应的塔菲尔斜率为58 mv decade-1。与此同时,由于钴与镍具有相似的催化特性,采用同样的镍盐对前驱体进行d{杂,以期在后续的反应步骤中得到磷化钴与磷化镍二元纳米粒方晶粒,但是根据实验结果,由于镍盐的加入,在磷化过程中生成的磷化镍的形变与磷化钴不同,会造成局部应力,使得动力学上有利于催化进行的纳米立方结构很难维持稳定。同时镍通过传统的磷化方式磷化后生成的产物的催化性能并不高,因此镍钴二元d{杂的磷化物并不能明显的改善一元磷化钴的催化性能。(3)通过不同的方式合成了其他形貌包括片层状、花状等的钴盐前驱体,采用同样的方式对其进行磷化,最终均能得到和前驱体形貌结构相似的磷化钴纳米材料,并且具有优良的催化性能。450°C磷化的片层状磷化钴具有最佳的催化活性(电流密度为5 mA cm-2,析氢过电位为224 mv,对应的塔菲尔斜率为61 mv decade-1)。而对于花状的磷化钴,由于其每个 花瓣‖很薄,450°C磷化后的产物在析氢反应过程中开始时的性能优于350°C的产物(电流密度为1 mA cm-2时,450°C产物析氢过电位仅为67 mv,350°C产物为98 mv),当电流继续增大,有可能形貌遭到一定程度的破坏,导致析氢性能略有下降(电流密度达到50 mA cm-2时,450°C产物析氢过电位仅为224 mv,350°C产物为214 mv)。
【关键词】：磷化钴 磷化镍 次磷酸钠 电化学析氢
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ138.12;TQ116.2
【目录】：
- 摘要4-6
- ABSTRACT6-13
- 第一章 绪论13-30
- 1.1 国内外能源的现状13-14
- 1.2 新能源与可再生能源的开发与利用14-16
- 1.2.1 太阳能的利用与局限14-15
- 1.2.2 风能发电的现状与局限15
- 1.2.3 水力发电的现状与局限15-16
- 1.2.4 生物质能的利用16
- 1.3 清洁新能源-氢气16-20
- 1.3.1 电解水制氢17
- 1.3.2 热化学循环分解水制氢17
- 1.3.3 化石燃料制氢17-18
- 1.3.4 太阳能半导体光催化分解水制氢18-19
- 1.3.5 超临界水中生物质催化气化制氢19-20
- 1.4 电催化阴极析氢反应20-25
- 1.4.1 氢离子在阴极上e蠡乖，
本文编号：337901
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/337901.html
教材专著
