二硫化钼复合材料的制备及其在析氢反应中的应用
发布时间：2022-01-01 09:33
目前,世界各地的空气污染正日益恶化,开发和发展清洁能源刻不容缓。氢气（H2）作为清洁可再生能源之一,因其具有高密度的能量和环境友好性,逐渐成为化石燃料的理想替代品。电催化是清洁能源转化的一种重要途径,它对可持续发展具有重要意义。析氢反应（HER）作为一种高效率和环境友好型的技术正被广泛的应用。铂（Pt）和铂基材料在酸性介质中具有优异的电催化性能,其在析氢反应中起着至关重要的作用。然而,过高的价格和存储量的稀少限制了它的广泛使用。二硫化钼（MoS2）是一种新型的层状材料,具有价格低廉、地球资源丰富等优点,被认为是一种很有发展前途的新型材料。同时二硫化钼具有三种常见的晶型分别为1T,2H和3R,其中数字代表的晶体单元层号,字母代表对称型,T代表四边形结构（D3d组）,H代表六边形结构（D3h组）,和R代表菱形结构（C3v5组）。此外,1T-MoS2是亚稳态金属相,而2H-MoS2和3R-MoS2分别是半导体,热力学稳定相。各种理论和实验研究已证明MoS2独特的纳米结构及其催化性能之...
【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】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DMoS2-graphene异质结构的合成示意图
图 1.4 不同催化剂的电流密度与氢吸附的吉布斯自由能（ GH）关系的“火山图”[44]。Fig. 1.4 “Volcano plot” of experimentally measured exchange current density as a function of theDFT-calculated Gibbs free energy of adsorbed atomic hydrogen for various catalysts[44].由此，广大研究者一直致力于提高自己的 TMD 的电催化活性。一般常用的有三个方向：一是改善边缘位点的催化活性；二是暴露或增加活性位点数目；三是提高催化剂的导电性。1.4.3 改善边缘位点的催化活性为了激活惰性 S 边缘位点（S-edge-site）的活性，增强 MoS2的催化性能，Chorkendorff 等人利用钼酸铵（(NH4)6Mo7O24·4H2O）和 C4H4CoO4·4H2O 作为反应物，在 Toray 碳纸上合成了钴掺杂的 MoS2纳米颗粒[49]。电化学表征表明，钴（Co）对 MoS2催化活性有明显的促进作用。将 Co 引入 MoS2边缘，塔菲尔（Tafel）斜率从 120 mV dec-1降低到 101 mV dec-1(图 1.5a)。图 1.5 b 所示 密度泛函理论（Density functional theory，DFT）计算表明，钴掺入二硫化钼的边缘能够减少氢
图 2.1 参比电极分别在（a）0.5 M H2SO4和（b）1 M NaOH 中的校准曲线。Fig. 2.1 Calibration curves of the reference electrode against the RHE in (a) 0.5 M H2SO4and (b) 1M NaOH.2.3 结果与讨论2.3.1 材料的表征通过陈化的方法可以得到 Co PBA nanocubes。从 SEM 图（图 2.2a）中可以看到一个大小约为 417 nm 立方体形状的 Co PBA nanocubes，它是通过 18 h 陈化得到的。如图 2.2b 所示，(NH4)2MoS4在 DMF 溶液中通过 210 oC 的反应得到的，从 TEM图中可以看到由 MoS2纳米片层（MoS2nanosheets）组装在一起的花状结构，这就是很典型的花状的二硫化钼纳米片层（flower-like MoS2nanosheets）。图 2.2c 是单独的一个 MoS2-Co nanoboxes 的 TEM 图，从中可以很清楚的看到纳米厚度的 MoS2片层生长在 Co PBA nanocubes 的表面，同时也可以观察到 Co PBA nanocubes 是一个具有空心结构的立方体。关于 Co PBA nanocubes，flower-like MoS2nanosheets和 MoS2-Co nanoboxes 的结构示意图如图 2.2d-f 所示。在图 2.2h-j 所示，我们用
本文编号：3562099
【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】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DMoS2-graphene异质结构的合成示意图
图 1.4 不同催化剂的电流密度与氢吸附的吉布斯自由能（ GH）关系的“火山图”[44]。Fig. 1.4 “Volcano plot” of experimentally measured exchange current density as a function of theDFT-calculated Gibbs free energy of adsorbed atomic hydrogen for various catalysts[44].由此，广大研究者一直致力于提高自己的 TMD 的电催化活性。一般常用的有三个方向：一是改善边缘位点的催化活性；二是暴露或增加活性位点数目；三是提高催化剂的导电性。1.4.3 改善边缘位点的催化活性为了激活惰性 S 边缘位点（S-edge-site）的活性，增强 MoS2的催化性能，Chorkendorff 等人利用钼酸铵（(NH4)6Mo7O24·4H2O）和 C4H4CoO4·4H2O 作为反应物，在 Toray 碳纸上合成了钴掺杂的 MoS2纳米颗粒[49]。电化学表征表明，钴（Co）对 MoS2催化活性有明显的促进作用。将 Co 引入 MoS2边缘，塔菲尔（Tafel）斜率从 120 mV dec-1降低到 101 mV dec-1(图 1.5a)。图 1.5 b 所示 密度泛函理论（Density functional theory，DFT）计算表明，钴掺入二硫化钼的边缘能够减少氢
图 2.1 参比电极分别在（a）0.5 M H2SO4和（b）1 M NaOH 中的校准曲线。Fig. 2.1 Calibration curves of the reference electrode against the RHE in (a) 0.5 M H2SO4and (b) 1M NaOH.2.3 结果与讨论2.3.1 材料的表征通过陈化的方法可以得到 Co PBA nanocubes。从 SEM 图（图 2.2a）中可以看到一个大小约为 417 nm 立方体形状的 Co PBA nanocubes，它是通过 18 h 陈化得到的。如图 2.2b 所示，(NH4)2MoS4在 DMF 溶液中通过 210 oC 的反应得到的，从 TEM图中可以看到由 MoS2纳米片层（MoS2nanosheets）组装在一起的花状结构，这就是很典型的花状的二硫化钼纳米片层（flower-like MoS2nanosheets）。图 2.2c 是单独的一个 MoS2-Co nanoboxes 的 TEM 图，从中可以很清楚的看到纳米厚度的 MoS2片层生长在 Co PBA nanocubes 的表面，同时也可以观察到 Co PBA nanocubes 是一个具有空心结构的立方体。关于 Co PBA nanocubes，flower-like MoS2nanosheets和 MoS2-Co nanoboxes 的结构示意图如图 2.2d-f 所示。在图 2.2h-j 所示，我们用
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