等离子体表面处理金属硫化物的电催化性能研究
发布时间：2021-11-16 15:16
近年来,地球含量较高的过渡金属基材料,如碳化物、氮化物、氧化物、磷化物和硫化物成为新的电催化材料。通过对Ni/Co/Fe基材料的合金进行一系列的研究,证明其中一些材料对HER具有很强的电催化活性。在这些催化剂中,镍基纳米材料被发现是HER的有效电催化剂。因此,本文采用以泡沫镍为基底材料,通过水热法制备出相应的前驱体材料,再通过增强化学气相沉积（PECVD）技术将前驱体制备成新型复合纳米材料。开发出一类具有良好结构稳定性和良好形貌的镍基过渡金属材料,以优良的电催化性能实现电解水高效制氢。基于上述技术路线,本文研究制备了两种镍基过渡金属电催化剂,并对其电解水析氢的电化学性能进行了测试,实验内容与研究结果如下:1、利用水热合成在泡沫镍表面原位生长前驱体Ni（OH）2/NF,再利用PECVD法在Ni（OH）2/NF表面制备单金属硫化物NiS2-Ni（OH）2/NF。通过X射线粉末衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）以及扫描电子显微镜（SEM）表征可知,该材料为单片层厚度为90 nm的纳米片阵列,具有更大的比表面积和活性位点暴露数目,从而使本课题制备的NiS2-Ni（OH）2/NF在酸性和...
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２电催化反应过程??总反应式：??
?（１－６）??因此，为了使水的电解反应更加高效，我们需要降低标准热力学电压以外的过电位。??同时，水氧化和水还原两个半反应都是吸热反应，是高能耗过程，即反应要克服较高的能??量损耗，从而导致电解水反应在热力学和动力学两方面都面临很大的挑战，所以在电解水??制氢的实际工业生产中，需要不断研宄能够克服这种热力学和动力学阻碍的催化剂，图丨－３??是使用催化剂降低电解水反应能量损耗的示意图，从而体现催化剂的高效益和必要性。??个??態?尤催化剂??７Ｔ—．??？?反应进程??图１－３催化剂降低水分解反应能量示意图Ｗ??４??
第１章绪论??－１－１???■２－??＾?－３－?Ｒｃ?１，（１?Ａ?ｐ＼ｎｉ）??卜＼??＜?．５．?Ｓｌ?／?Ｍ〇ｓ＼?Ｎｉ，Ｐ??＾?＾?＆??—，?Ｎｂ：?／?＼?ＯＡｕ（ｌｌｌ）??：］，．?１??－０．８?－０．６?－０．４?＜４．２?Ｕ．Ｏ?０．２?０．４?０．６?０Ｊ＜??ＡＧＨ．／ｅＶ??图１－４不同材料得到的电流密度的火山形曲线图ｗ??图］－４是符合Ｓａｂａｔｉｅｒ原理［５１］的，从图像角度分析，当ＡＧＨ？越往负向移动，则Ｈａｄｓ与??电极活性位点结合的越牢固，即氢吸附越强氢脱附越弱，这就导致Ｖｏｌｍｅｒ反应速率增加，??但Ｔａｆｅｌ步反应或Ｈｅｙｒｏｖｓｋｙ步反应困难，从而使析氢效果越困难；当ＡＧＨ？越往正向移动，??则Ｈａｄｓ与电极活性位点的接触力越弱，即氢吸附越弱氢脱附越强，导致Ｖｏｌｍｅｒ反应速率很??慢，从而致使析氢转化率降低。因此我们所需的理想催化剂应该是ＡＧＨ＊靠近零点的，而火??山图中Ｐｔ是氢吸附自由能最靠近零点的材料，即Ｐｔ的氢吸附能力既不是很强也不很弱，??实践中Ｐｔ也确实是目前最优秀的电解水析氢催化剂，还有Ｐｄ、ｈ？等贵金属也是优秀的催??化剂，但贵金属其成本过高且资源稀缺，极大地限制了实际生产的投入与使用，从火山图??可以看出个别过渡金属元素也比较靠近Ｐｔ，例如Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ等，有较大希望用作贵??金属电极的替代材料，但Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ等金属单质做催化电极时，与Ｈａｄｓ的吸附性太??强，给析氢第二步带来速率障碍，因此，现阶段在大力开发以上过渡金属的化合物等相关??材料作为析氢电极催化剂。??１．５电催化析氢电极材料分类??目前，电催化析
【参考文献】：
期刊论文
[1]氢能技术现状及其在储能发电领域的应用[J]. 吉力强,赵英朋,王凡,宋洁,李璐,宋学平,潘益锋. 金属功能材料. 2019(06)
[2]氧还原催化材料与催化机理及活性位点的研究进展[J]. 潘云,吴承仁,陈绍维,伍小波. 材料导报. 2019(S1)
[3]质子交换膜电解水制氢技术在电厂的应用[J]. 瞿丽莉,郭俊文,史亚丽,韦宣. 热能动力工程. 2019(02)
[4]Adsorption-energy-based activity descriptors for electrocatalysts in energy storage applications[J]. Youwei Wang,Wujie Qiu,Erhong Song,Feng Gu,Zhihui Zheng,Xiaolin Zhao,Yingqin Zhao,Jianjun Liu,Wenqing Zhang. National Science Review. 2018(03)
[5]氢能利用的发展现状及趋势[J]. 汪广溪. 低碳世界. 2017(29)
[6]水电解制氢非贵金属催化剂的研究进展[J]. 常进法,肖瑶,罗兆艳,葛君杰,刘长鹏,邢巍. 物理化学学报. 2016(07)
[7]无机非金属材料的制备及性能表征[J]. 潘海龙. 科技资讯. 2016(06)
[8]镁熔液中氢气泡析出动力学模型[J]. 许四祥,侍海东,张炳刚,徐起兵. 中南大学学报(自然科学版). 2015(12)
[9]碱性电解水析氢电极的研究进展[J]. 张开悦,刘伟华,陈晖,张博,刘建国,严川伟. 化工进展. 2015(10)
[10]水热法在材料合成中的应用及其发展趋势[J]. 祝大伟,尚鸣,顾万建,汪昀. 硅谷. 2014(17)
博士论文
[1]过渡金属化合物/碳复合材料的设计合成与电催化水裂解析氢性能研究[D]. 樊梅红.吉林大学 2019
硕士论文
[1]基于生物质炭材料的制备及电化学性能研究[D]. 刘永超.江苏科技大学 2019
[2]界面增强贵金属催化剂的电解水性能[D]. 于善武.河南大学 2019
[3]几种金属氢氧化物/氧化物的制备及其电催化析氧反应应用研究[D]. 王华平.湖南师范大学 2019
[4]聚吡咯/镍基复合物的合成及其在超级电容器中性能研究[D]. 郑亚云.郑州大学 2018
[5]钼基电催化剂活性位点调控与产氢性能研究[D]. 杨邻静.华南理工大学 2017
[6]三维自支撑电极材料的制备及其电催化水裂解性能研究[D]. 樊梅红.吉林大学 2016
本文编号：3499138
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２电催化反应过程??总反应式：??
?（１－６）??因此，为了使水的电解反应更加高效，我们需要降低标准热力学电压以外的过电位。??同时，水氧化和水还原两个半反应都是吸热反应，是高能耗过程，即反应要克服较高的能??量损耗，从而导致电解水反应在热力学和动力学两方面都面临很大的挑战，所以在电解水??制氢的实际工业生产中，需要不断研宄能够克服这种热力学和动力学阻碍的催化剂，图丨－３??是使用催化剂降低电解水反应能量损耗的示意图，从而体现催化剂的高效益和必要性。??个??態?尤催化剂??７Ｔ—．??？?反应进程??图１－３催化剂降低水分解反应能量示意图Ｗ??４??
第１章绪论??－１－１???■２－??＾?－３－?Ｒｃ?１，（１?Ａ?ｐ＼ｎｉ）??卜＼??＜?．５．?Ｓｌ?／?Ｍ〇ｓ＼?Ｎｉ，Ｐ??＾?＾?＆??—，?Ｎｂ：?／?＼?ＯＡｕ（ｌｌｌ）??：］，．?１??－０．８?－０．６?－０．４?＜４．２?Ｕ．Ｏ?０．２?０．４?０．６?０Ｊ＜??ＡＧＨ．／ｅＶ??图１－４不同材料得到的电流密度的火山形曲线图ｗ??图］－４是符合Ｓａｂａｔｉｅｒ原理［５１］的，从图像角度分析，当ＡＧＨ？越往负向移动，则Ｈａｄｓ与??电极活性位点结合的越牢固，即氢吸附越强氢脱附越弱，这就导致Ｖｏｌｍｅｒ反应速率增加，??但Ｔａｆｅｌ步反应或Ｈｅｙｒｏｖｓｋｙ步反应困难，从而使析氢效果越困难；当ＡＧＨ？越往正向移动，??则Ｈａｄｓ与电极活性位点的接触力越弱，即氢吸附越弱氢脱附越强，导致Ｖｏｌｍｅｒ反应速率很??慢，从而致使析氢转化率降低。因此我们所需的理想催化剂应该是ＡＧＨ＊靠近零点的，而火??山图中Ｐｔ是氢吸附自由能最靠近零点的材料，即Ｐｔ的氢吸附能力既不是很强也不很弱，??实践中Ｐｔ也确实是目前最优秀的电解水析氢催化剂，还有Ｐｄ、ｈ？等贵金属也是优秀的催??化剂，但贵金属其成本过高且资源稀缺，极大地限制了实际生产的投入与使用，从火山图??可以看出个别过渡金属元素也比较靠近Ｐｔ，例如Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ等，有较大希望用作贵??金属电极的替代材料，但Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ等金属单质做催化电极时，与Ｈａｄｓ的吸附性太??强，给析氢第二步带来速率障碍，因此，现阶段在大力开发以上过渡金属的化合物等相关??材料作为析氢电极催化剂。??１．５电催化析氢电极材料分类??目前，电催化析
【参考文献】：
期刊论文
[1]氢能技术现状及其在储能发电领域的应用[J]. 吉力强,赵英朋,王凡,宋洁,李璐,宋学平,潘益锋. 金属功能材料. 2019(06)
[2]氧还原催化材料与催化机理及活性位点的研究进展[J]. 潘云,吴承仁,陈绍维,伍小波. 材料导报. 2019(S1)
[3]质子交换膜电解水制氢技术在电厂的应用[J]. 瞿丽莉,郭俊文,史亚丽,韦宣. 热能动力工程. 2019(02)
[4]Adsorption-energy-based activity descriptors for electrocatalysts in energy storage applications[J]. Youwei Wang,Wujie Qiu,Erhong Song,Feng Gu,Zhihui Zheng,Xiaolin Zhao,Yingqin Zhao,Jianjun Liu,Wenqing Zhang. National Science Review. 2018(03)
[5]氢能利用的发展现状及趋势[J]. 汪广溪. 低碳世界. 2017(29)
[6]水电解制氢非贵金属催化剂的研究进展[J]. 常进法,肖瑶,罗兆艳,葛君杰,刘长鹏,邢巍. 物理化学学报. 2016(07)
[7]无机非金属材料的制备及性能表征[J]. 潘海龙. 科技资讯. 2016(06)
[8]镁熔液中氢气泡析出动力学模型[J]. 许四祥,侍海东,张炳刚,徐起兵. 中南大学学报(自然科学版). 2015(12)
[9]碱性电解水析氢电极的研究进展[J]. 张开悦,刘伟华,陈晖,张博,刘建国,严川伟. 化工进展. 2015(10)
[10]水热法在材料合成中的应用及其发展趋势[J]. 祝大伟,尚鸣,顾万建,汪昀. 硅谷. 2014(17)
博士论文
[1]过渡金属化合物/碳复合材料的设计合成与电催化水裂解析氢性能研究[D]. 樊梅红.吉林大学 2019
硕士论文
[1]基于生物质炭材料的制备及电化学性能研究[D]. 刘永超.江苏科技大学 2019
[2]界面增强贵金属催化剂的电解水性能[D]. 于善武.河南大学 2019
[3]几种金属氢氧化物/氧化物的制备及其电催化析氧反应应用研究[D]. 王华平.湖南师范大学 2019
[4]聚吡咯/镍基复合物的合成及其在超级电容器中性能研究[D]. 郑亚云.郑州大学 2018
[5]钼基电催化剂活性位点调控与产氢性能研究[D]. 杨邻静.华南理工大学 2017
[6]三维自支撑电极材料的制备及其电催化水裂解性能研究[D]. 樊梅红.吉林大学 2016
本文编号：3499138
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3499138.html
