金属硫/磷化物二维材料的制备与光/电催化分解水性能研究
发布时间：2022-12-22 07:28
氢气作为燃烧能量高、产物无污染的绿色能源,有望成为未来的能源支柱。水分解制氢是获取氢气的一种绿色途径,实现此路径的关键是寻找高效且廉价的催化剂。当前,贵金属Pt基材料是分解水制氢最高效的催化剂,Ru/Ir基材料是最好的析氧催化剂,但是贵金属低的地壳丰度和高昂的价格极大限制了它们的商业化应用。过渡金属材料因其独特的d轨道电子结构、储量丰富、可调控性大等优点引起研究者的广泛关注,在催化领域表现出良好的应用前景。而二维材料超薄的尺寸和大的比表面积能为催化过程提供较短的电荷传输路径和更多的活性位点。基于此,本论文旨在开发二维金属硫化物和磷化物,通过结构设计、材料改性等手段提升非贵金属材料的催化性能。首先通过溶剂热方法在泡沫镍表面原位生长了厚度约为5-9nm的Sn掺杂Ni3S2纳米片,研究了Sn掺杂对产物物相和形貌的影响。Sn/S比对产物的形貌会产生很大影响。适量的Sn掺杂后,产物由纳米棒转变为纳米片结构,超薄的纳米片均匀生长在泡沫镍表面,形成多孔的三维网状结构,可以显著增加催化剂与电解液的接触面积,提供更多的催化活性位点及更短的电荷转移路径。此外,Sn的引入能平衡氢的吸附脱附过程,有利于气体的...
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 二维材料在催化分解水领域的研究进展
1.2.1 二维材料概述
1.2.2 二维材料在催化分解水方面的应用
1.3 水分解技术
1.3.1 光催化分解水技术
1.3.2 电催化分解水技术
1.4 过渡金属化合物在电催化分解水领域的应用
1.4.1 过渡金属硫化物
1.4.2 过渡金属硒化物
1.4.3 过渡金属磷化物
1.5 电催化活性的改善机制
1.5.1 表面微纳结构调控
1.5.2 高活性晶面暴露
1.5.3 掺杂/合金化
1.5.4 复合
1.6 本文选题意义及主要研究内容
第2章 试验材料及方法
2.1 材料体系设计
2.2 试验试剂
2.3 材料合成方法
2.3.1 泡沫镍的预处理
2.3.2 金属硫化物/磷化物的溶剂热制备
2.3.3 金属硫化物/磷化物的电沉积制备
2.4 材料分析表征方法
2.4.1 物相表征
2.4.2 形貌表征
2.4.3 组成表征
2.5 性能测试方法
2.5.1 电催化性能测试
2.5.2 光催化性能测试
2.5.3 光电响应行为测试
第3章 硫化镍二维材料的掺杂/复合与电催化分解水性能研究
3.1 引言
3.2 Sn掺杂Ni_3S_2纳米片的制备与电催化产氢性能
3.2.1 Sn掺杂Ni_3S_2纳米片的制备
3.2.2 Sn掺杂Ni_3S_2纳米片的表征
3.2.3 Sn掺杂Ni_3S_2纳米片的电催化产氢性能
3.3 石墨烯包覆Ni_3S_2的合成与电催化全分解水性能
3.3.1 石墨烯包覆Ni_3S_2复合电极的制备
3.3.2 石墨烯包覆Ni_3S_2复合电极的表征
3.3.3 石墨烯包覆Ni_3S_2的电催化全分解水性能
3.4 氮掺杂石墨烯复合NiSe_2的制备与电催化产氧性能
3.4.1 氮掺杂石墨烯复合NiSe_2材料的制备
3.4.2 氮掺杂石墨烯复合NiSe_2材料的表征
3.4.3 氮掺杂石墨烯复合NiSe_2电极的电催化产氧性能
3.5 本章小结
第4章 磷化镍二维材料的掺杂/复合与电催化分解水性能研究
4.1 引言
4.2 碳包覆Ni_8P_3纳米片的制备与电催化分解水性能
4.2.1 碳包覆Ni_8P_3纳米片的制备
4.2.2 碳包覆Ni_8P_3纳米片的表征
4.2.3 碳包覆Ni_8P_3纳米片的电催化分解水性能
4.3 Co掺杂磷化镍的制备与电催化分解水性能
4.3.1 Co掺杂磷化镍的制备
4.3.2 Co掺杂磷化镍的表征
4.3.3 Co掺杂磷化镍的电催化分解水性能
4.4 本章小结
第5章 单分散二硫化锡纳米片的可控合成与光催化分解水性能研究
5.1 引言
5.2 单分散SnS_2纳米片的可控合成和表征
5.2.1 单分散SnS_2纳米片的制备
5.2.2 单分散SnS_2纳米片的表征
5.3 单分散SnS_2纳米片的形成机制分析
5.3.1 PVP添加量的影响
5.3.2 反应温度的影响
5.3.3 反应时间的影响
5.3.4 单分散SnS_2纳米片的形成机制
5.3.5 Se掺杂SnS_2纳米片的合成与光学性质
5.4 单分散SnS_2纳米片的光催化产氢性能
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
个人简历
本文编号：3723735
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 二维材料在催化分解水领域的研究进展
1.2.1 二维材料概述
1.2.2 二维材料在催化分解水方面的应用
1.3 水分解技术
1.3.1 光催化分解水技术
1.3.2 电催化分解水技术
1.4 过渡金属化合物在电催化分解水领域的应用
1.4.1 过渡金属硫化物
1.4.2 过渡金属硒化物
1.4.3 过渡金属磷化物
1.5 电催化活性的改善机制
1.5.1 表面微纳结构调控
1.5.2 高活性晶面暴露
1.5.3 掺杂/合金化
1.5.4 复合
1.6 本文选题意义及主要研究内容
第2章 试验材料及方法
2.1 材料体系设计
2.2 试验试剂
2.3 材料合成方法
2.3.1 泡沫镍的预处理
2.3.2 金属硫化物/磷化物的溶剂热制备
2.3.3 金属硫化物/磷化物的电沉积制备
2.4 材料分析表征方法
2.4.1 物相表征
2.4.2 形貌表征
2.4.3 组成表征
2.5 性能测试方法
2.5.1 电催化性能测试
2.5.2 光催化性能测试
2.5.3 光电响应行为测试
第3章 硫化镍二维材料的掺杂/复合与电催化分解水性能研究
3.1 引言
3.2 Sn掺杂Ni_3S_2纳米片的制备与电催化产氢性能
3.2.1 Sn掺杂Ni_3S_2纳米片的制备
3.2.2 Sn掺杂Ni_3S_2纳米片的表征
3.2.3 Sn掺杂Ni_3S_2纳米片的电催化产氢性能
3.3 石墨烯包覆Ni_3S_2的合成与电催化全分解水性能
3.3.1 石墨烯包覆Ni_3S_2复合电极的制备
3.3.2 石墨烯包覆Ni_3S_2复合电极的表征
3.3.3 石墨烯包覆Ni_3S_2的电催化全分解水性能
3.4 氮掺杂石墨烯复合NiSe_2的制备与电催化产氧性能
3.4.1 氮掺杂石墨烯复合NiSe_2材料的制备
3.4.2 氮掺杂石墨烯复合NiSe_2材料的表征
3.4.3 氮掺杂石墨烯复合NiSe_2电极的电催化产氧性能
3.5 本章小结
第4章 磷化镍二维材料的掺杂/复合与电催化分解水性能研究
4.1 引言
4.2 碳包覆Ni_8P_3纳米片的制备与电催化分解水性能
4.2.1 碳包覆Ni_8P_3纳米片的制备
4.2.2 碳包覆Ni_8P_3纳米片的表征
4.2.3 碳包覆Ni_8P_3纳米片的电催化分解水性能
4.3 Co掺杂磷化镍的制备与电催化分解水性能
4.3.1 Co掺杂磷化镍的制备
4.3.2 Co掺杂磷化镍的表征
4.3.3 Co掺杂磷化镍的电催化分解水性能
4.4 本章小结
第5章 单分散二硫化锡纳米片的可控合成与光催化分解水性能研究
5.1 引言
5.2 单分散SnS_2纳米片的可控合成和表征
5.2.1 单分散SnS_2纳米片的制备
5.2.2 单分散SnS_2纳米片的表征
5.3 单分散SnS_2纳米片的形成机制分析
5.3.1 PVP添加量的影响
5.3.2 反应温度的影响
5.3.3 反应时间的影响
5.3.4 单分散SnS_2纳米片的形成机制
5.3.5 Se掺杂SnS_2纳米片的合成与光学性质
5.4 单分散SnS_2纳米片的光催化产氢性能
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
个人简历
本文编号：3723735
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