钴泡沫负载铁族金属磷化物/氢氧化物自支撑电极及其电解水制氢性能

发布时间：2021-09-29 14:11

　　金属磷化物不仅具有高的物理化学稳定性,而且还具有较高的电催化氢还原反应（HER）活性。以商用镍泡沫为模板制备自支撑型铁族金属磷化物,不仅使得HER催化效率得到明显提升,而且可直接用作电极,并在高电流密度下持续稳定工作。但目前广泛使用的商用镍泡沫总体孔径分布在450～3200μm之间,比表面积有限。减小多孔载体的孔径,可提高其比表面积,有望提升自支撑催化材料的催化性能。基于此,本论文以钴微粉和壳聚糖为原料,采用冷冻干燥-高温烧结工艺制备了高孔隙率小孔径的钴泡沫,先在其表面水热生长铁族金属氢氧化物,再经过低温磷化制备钴泡沫负载磷化物/氢氧化物的自支撑电极,研究了磷化温度、金属盐种类和单/双金属磷化物对电催化氢还原反应（HER）性能的影响。结果表明:（1）采用冷冻干燥-高温还原烧结的方法制备了孔隙率为90%的钴泡沫,其孔径仅为数十微米,且相互连通构成三维结构。该结构不仅可以提供较大的表面积,而且还有利于催化HER过程中电解液和气体的扩散。（2）以钴泡沫为基体,通过水热法在其表面生长单金属氢氧化物,再通过表层磷化制备了钴泡沫负载的铁、钴、镍磷化物/氢氧化物的无粘结剂自支撑电极。三种电极的HER... 

【文章来源】：武汉科技大学湖北省

【文章页数】：108 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
引言
第1章 文献综述
    1.1 电催化氢还原反应机理及有关参数
        1.1.1 反应机理
        1.1.2 过电势
        1.1.3 塔菲尔斜率
        1.1.4 氢吸附吉布斯自由能
        1.1.5 稳定性
    1.2 铁族金属磷化物的HER性能
        1.2.1 铁族金属磷化物制备方法
        1.2.2 粘结型铁族金属磷化物用于电催化氢还原反应
        1.2.3 自支撑型铁族金属磷化物用于电催化氢还原反应
    1.3 本论文的目的意义及其主要内容
第2章 实验
    2.1 实验原料及设备
        2.1.1 实验原料
        2.1.2 实验设备
    2.2 实验工艺流程
        2.2.1 制备钴泡沫
        2.2.2 钴泡沫表面生长金属氢氧化物
        2.2.3 钴泡沫负载磷化物/氢氧化物的制备
        2.2.4 电解水制氢性能测试
    2.3 实验表征
        2.3.1 孔隙率与孔径分布表征
        2.3.2 晶相结构表征(XRD)
        2.3.3 扫描电镜(SEM)
        2.3.4 透射电镜(TEM)
        2.3.5 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
        2.3.6 X射线光电子能谱光谱(XPS)
        2.3.7 密度泛函计算(DFT)
第3章 钴泡沫负载铁、钴及镍单金属磷化物/氢氧化物自支撑电极及其电解水制氢性能
    3.1 钴泡沫的结构及形貌表征
    3.2 钴泡沫负载铁、钴及镍单金属氢氧化物
    3.3 钴泡沫负载铁、钴及镍单金属磷化物/氢氧化物
    3.4 钴泡沫负载铁、钴及镍单金属磷化物/氢氧化物自支撑电极的电解水制氢性能
    3.5 本章小结
第4章 钴泡沫负载镍钴磷化物/氢氧化物自支撑电极及其电解水制氢性能
    4.1 钴泡沫负载镍钴层状双金属氢氧化物
    4.2 磷化温度对钴泡沫负载镍钴磷化物/氢氧化物的组成及形貌的影响
    4.3 磷化温度对钴泡沫负载镍钴磷化物/氢氧化物自支撑电极的电解水制氢性能的影响
    4.4 密度泛函理论机理研究
    4.5 本章小结
第5章 钴泡沫负载铁钴及铁镍磷化物/氢氧化物自支撑电极及其电解水制氢性能
    5.1 钴泡沫负载铁钴磷化物/氢氧化物自支撑电极及其HER性能
        5.1.1 钴泡沫负载铁钴氢氧化物
        5.1.2 磷化温度对钴泡沫负载铁钴磷化物/氢氧化物的组成及形貌的影响
        5.1.3 磷化温度对钴泡沫负载铁钴磷化物/氢氧化物自支撑电极的电解水制氢性能的影响
    5.2 钴泡沫负载铁镍磷化物/氢氧化物自支撑电极及其电解水制氢性能
        5.2.1 钴泡沫负载铁镍氢氧化物
        5.2.2 磷化温度对钴泡沫负载铁镍磷化物/氢氧化物的组成、形貌及电解水制氢性能的影响
    5.3 本论文所有电极的HER性能对比
    5.4 本章小结
第6章 结论
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目



本文编号：3413848