铁钴磷化物的制备、表征及电化学性能的研究
发布时间：2021-09-29 16:01
氢能由于高热值和无污染的特性成为解决能源和环境问题的重要能源,在众多的产氢反应中,电催化析氢反应由于原料易得和清洁的特点成为最优良的产氢途径,其催化剂主要为价格昂贵、储量极低的铂基催化剂,开发一种具有高催化活性且价格低廉的催化剂成为亟待解决的问题。本课题的研究重点在于制备具有高电催化析氢性能的复合结构过渡金属磷化物。选择金属有机骨架材料、羟基氧化物和合金材料不同类型前驱体,制备不同结构的复合结构双金属磷化物。通过改变磷化物的组成和结构,探究了组成和结构对于过渡金属磷化物电催化析氢反应催化性能的影响,体现了组成和结构双调控的实验思路。实验中,首先用溶剂热法合成金属有机骨架材料（FeCo-MIL88）,经过高温碳化和低温磷化过程,制备了 FeCo@FeCoP@C多层中空纳米球材料,该材料在酸性条件下具有优越的电催化析氢反应性能,电流密度10 mA/cm2下过电势仅为66 mV,优于多数文献报道,且该材料具有良好的稳定性。将其与制备的Fe@FeP@C和Co@CoP@C材料进行活性对比,证明协同作用导致的组成效应对电催化析氢反应的影响;与直接磷化产物FeCoP-direct对比,证明了该结构的...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?（Ａ）和（Ｂ）?ＰｔＣｕ合金透射电子显微镜图，??（Ｃ）?ＰｔＣｕ合金合成理，（Ｄ）?ＰｔＣｕ金曲［８］??
?第一章绪论???纳米材料的形貌同样是影响其催化性能的重要因素之一，Ｄｅｎｇ等１４８］合成Ｃ〇２Ｐ纳??米棒、Ｃｏ２Ｐ／ＣｏＰ纳米链和ＣｏＰ纳米颗粒三种不同形貌的磷化钴材料（图１－５），并在??相同条件下进行电催化析氢性能测试，测试结果表明磷化钴纳米棒具有最好的ＨＥＲ??性能，其在电流密度ｌＯｍＡ／ｃｍ２下过电势仅为８７?ｍＶ，而链状磷化钴和纳米颗粒磷化??钴在电流密度１０?ｍＡ／ｃｍ２下过电势分别为１３１?ｍＶ和２１４?ｍＶ，其活性差异的主要原因??在于一维纳米棒状结构具有更大的表面积和更强的导电性，因而在电催化析氢过程中??可以暴露更多的催化活性位点和增强电子传输能力。??■ｉＢｉ?画??图１－５透射电子显微镜图：磷化钴（ａ）、（ｄ）纳米棒，（ｂ）、（ｅ）纳米链，（ｃ）、（ｆ）纳米颗粒［４８］??Ｆｉｇ．?１－５?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ：?（ａ）?ａｎｄ?（ｄ）?Ｃ０２Ｐ?ｎａｎｏｒｏｂｓ，?（ｂ）?ａｎｄ?（ｅ）?Ｃ０２Ｐ／Ｃ０Ｐ?ｎａｎｏｃｈａｉｎｓ，?（ｃ）?ａｎｄ?（ｆ）ＣｏＰ??ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ?＾??优良的ＨＥＲ催化剂除了应具备较低的过电势，还应具有良好的电催化稳定性，??具体指其在经过长时间的电催化析氢反应后性能仅有少量衰减，目前多数文献报道的??电催化析氢材料在经过长时间的电催化析氢反应后ＨＥＲ性能均有不等的衰减，但??Ｃｈｅｎ等％在低温下以ａ－Ｆｅ２０３作为金属源、次磷酸钠作为磷源合成ＦｅＰ纳米颗粒，该??ＦｅＰ颗粒具有良好的ＨＥＲ稳毖性，０．５?ｍｏｌ／Ｌ?Ｈ２Ｓ０４溶液中在电流密度为１０?ｍＡ／ｃｍ２??时其过电势为１５４ｍＶ，然而在经过稳定性测试后，１０ｍＡ／ｃｍ２下逢电势为１５
?北京化工大学专业硕士学位论文???硫酸钠溶解于去离子水中后，加入已预处理的碳布，利用水热法合成铁钴比不同的前??驱体，随后以次磷酸钠为磷源，３００?°Ｃ下低温磷化得到不同铁钴比的ＦｅｘＣ〇１．ｘＰ纳米??棒（如图１－６所示），对其进行酸性ＨＥＲ催化性能测试，ＦｅＣｏＰ展现出最优的电催化??析氢性能（图ｌ－６ｄ），在电流密度为１０ｍＡ／ｃｍ２时该材料的过电势仅为３７ｍＶ，与商??业Ｐｔ／Ｃ材料性能十分接近。此外，为探宄不同铁钴比对ＨＥＲ性能的影响，Ｃｈｅｎ等同??时还利用ＤＦＴ计算出不同铁钴比的铁钴磷化物的氢吸附自由能（图ｌ－６ｅ），经过计算??ＦｅＣｏＰ具有与商业Ｐｔ／Ｃ相似的氢吸附自由能，该工作从实验和计算两方面证实ＦｅＣｏＰ??具有与Ｐｔ相似的电催化析氢活性。Ａｌｓｈａｒｅｅｆ等Ｉ５４］将泡沫镍作为载体合成双金属磷化??物ＮｉＣｏＰ，并通过ＤＦＴ计算得出与Ｎｉ２Ｐ相比，双金属磷化物ＮｉＣｏＰ具有与Ｐｔ类似的??氢吸附自由能，因而在理论上具有更好的ＨＥＲ性能，该结论与实验结果一致，进一??步证实了过渡金属磷化物之间的协同作用会提升ＨＥＲ反应活性。基于过渡金属磷化??物之间的协同作用，Ｚｈａｎｇ等［５５］设计合成一系列不同比例的（ＣｏＰ）ｘ－（ＦｅＰ）ｕｘ纳米棒，由??于独特的一维结构的优势和磷化铁与磷化钴之间的协同作用，纳米棒结构催化剂??（ＣｏＰ）〇．５４－（ＦｅＰ）ａ４６呈现出良好的ＨＥＲ性能，在酸性条件下仅需５７?ｍＶ的过电势就可以??达到ｌＯｍＡ／ｃｍ２的电流密度，且具有良好的稳定性。??—ｉ；國＾?ｍ－Ｍｒｎ??羼屬還羼??＾?ｆｉ?！：｜＼邊，｜：??Ｉ＊１００＇?／１／?Ｉ?－０．１０??－
本文编号：3414007
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?（Ａ）和（Ｂ）?ＰｔＣｕ合金透射电子显微镜图，??（Ｃ）?ＰｔＣｕ合金合成理，（Ｄ）?ＰｔＣｕ金曲［８］??
?第一章绪论???纳米材料的形貌同样是影响其催化性能的重要因素之一，Ｄｅｎｇ等１４８］合成Ｃ〇２Ｐ纳??米棒、Ｃｏ２Ｐ／ＣｏＰ纳米链和ＣｏＰ纳米颗粒三种不同形貌的磷化钴材料（图１－５），并在??相同条件下进行电催化析氢性能测试，测试结果表明磷化钴纳米棒具有最好的ＨＥＲ??性能，其在电流密度ｌＯｍＡ／ｃｍ２下过电势仅为８７?ｍＶ，而链状磷化钴和纳米颗粒磷化??钴在电流密度１０?ｍＡ／ｃｍ２下过电势分别为１３１?ｍＶ和２１４?ｍＶ，其活性差异的主要原因??在于一维纳米棒状结构具有更大的表面积和更强的导电性，因而在电催化析氢过程中??可以暴露更多的催化活性位点和增强电子传输能力。??■ｉＢｉ?画??图１－５透射电子显微镜图：磷化钴（ａ）、（ｄ）纳米棒，（ｂ）、（ｅ）纳米链，（ｃ）、（ｆ）纳米颗粒［４８］??Ｆｉｇ．?１－５?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ：?（ａ）?ａｎｄ?（ｄ）?Ｃ０２Ｐ?ｎａｎｏｒｏｂｓ，?（ｂ）?ａｎｄ?（ｅ）?Ｃ０２Ｐ／Ｃ０Ｐ?ｎａｎｏｃｈａｉｎｓ，?（ｃ）?ａｎｄ?（ｆ）ＣｏＰ??ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ?＾??优良的ＨＥＲ催化剂除了应具备较低的过电势，还应具有良好的电催化稳定性，??具体指其在经过长时间的电催化析氢反应后性能仅有少量衰减，目前多数文献报道的??电催化析氢材料在经过长时间的电催化析氢反应后ＨＥＲ性能均有不等的衰减，但??Ｃｈｅｎ等％在低温下以ａ－Ｆｅ２０３作为金属源、次磷酸钠作为磷源合成ＦｅＰ纳米颗粒，该??ＦｅＰ颗粒具有良好的ＨＥＲ稳毖性，０．５?ｍｏｌ／Ｌ?Ｈ２Ｓ０４溶液中在电流密度为１０?ｍＡ／ｃｍ２??时其过电势为１５４ｍＶ，然而在经过稳定性测试后，１０ｍＡ／ｃｍ２下逢电势为１５
?北京化工大学专业硕士学位论文???硫酸钠溶解于去离子水中后，加入已预处理的碳布，利用水热法合成铁钴比不同的前??驱体，随后以次磷酸钠为磷源，３００?°Ｃ下低温磷化得到不同铁钴比的ＦｅｘＣ〇１．ｘＰ纳米??棒（如图１－６所示），对其进行酸性ＨＥＲ催化性能测试，ＦｅＣｏＰ展现出最优的电催化??析氢性能（图ｌ－６ｄ），在电流密度为１０ｍＡ／ｃｍ２时该材料的过电势仅为３７ｍＶ，与商??业Ｐｔ／Ｃ材料性能十分接近。此外，为探宄不同铁钴比对ＨＥＲ性能的影响，Ｃｈｅｎ等同??时还利用ＤＦＴ计算出不同铁钴比的铁钴磷化物的氢吸附自由能（图ｌ－６ｅ），经过计算??ＦｅＣｏＰ具有与商业Ｐｔ／Ｃ相似的氢吸附自由能，该工作从实验和计算两方面证实ＦｅＣｏＰ??具有与Ｐｔ相似的电催化析氢活性。Ａｌｓｈａｒｅｅｆ等Ｉ５４］将泡沫镍作为载体合成双金属磷化??物ＮｉＣｏＰ，并通过ＤＦＴ计算得出与Ｎｉ２Ｐ相比，双金属磷化物ＮｉＣｏＰ具有与Ｐｔ类似的??氢吸附自由能，因而在理论上具有更好的ＨＥＲ性能，该结论与实验结果一致，进一??步证实了过渡金属磷化物之间的协同作用会提升ＨＥＲ反应活性。基于过渡金属磷化??物之间的协同作用，Ｚｈａｎｇ等［５５］设计合成一系列不同比例的（ＣｏＰ）ｘ－（ＦｅＰ）ｕｘ纳米棒，由??于独特的一维结构的优势和磷化铁与磷化钴之间的协同作用，纳米棒结构催化剂??（ＣｏＰ）〇．５４－（ＦｅＰ）ａ４６呈现出良好的ＨＥＲ性能，在酸性条件下仅需５７?ｍＶ的过电势就可以??达到ｌＯｍＡ／ｃｍ２的电流密度，且具有良好的稳定性。??—ｉ；國＾?ｍ－Ｍｒｎ??羼屬還羼??＾?ｆｉ?！：｜＼邊，｜：??Ｉ＊１００＇?／１／?Ｉ?－０．１０??－
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