过渡金属磷化物及其复合纳米材料的可控制备与催化电解水性能研究

发布时间：2023-02-10 21:03

　　能源需求的不断增加与化石能源的有限储量,以及环境问题的日益加剧,使得可再生清洁能源的开发备受关注。相较于风能、太阳能和潮汐能的间歇性与局域性而言,可由简易电解水反应制取的氢气无疑成为了最具发展潜力的新能源。近年来,为了进一步降低电解水制氢的生产成本与欧姆损耗,多种非贵金属催化剂被相继合成。过渡金属磷化物是磷原子进入过渡金属晶格中而形成的一类间充化合物,独特的类贵金属特性使其在理论上具有优异的催化性能。本文着重讨论了过渡金属磷化物的可控制备,并利用元素掺杂和复合纳米结构的构筑对材料的电子结构和形貌特征进行了调控与优化,实现了高性能催化剂的有效合成,也为进一步理解过渡金属磷化物的催化机制提供了参考。主要研究内容如下:1.通过两步法,以Co(CO3)0.5(OH)·0.11H2O为前驱体成功合成了具有核-壳结构的棒状Co3S4/CoP复合纳米材料,并在酸性电解质中评估了该材料的催化析氢性能。较二元的Co3S4和CoP而言,Co3S4/CoP复合纳米材料具有更低的起始过电位(34 mV),更小的Tafel斜率(45 mV dec-1)和更大的交换电流密度(150μA cm-2)。证实Co3S4...

【文章页数】：105 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 电催化水分解
        1.2.1 电催化析氢
        1.2.2 电催化析氧
        1.2.3 催化性能表征及测试方法
    1.3 催化剂活性的改善机制
        1.3.1 表面优化
        1.3.2 非晶化
        1.3.3 高活性晶面暴露
        1.3.4 掺杂
        1.3.5 复合
    1.4 过渡金属磷化物概述
    1.5 材料合成方法
    1.6 材料表征方法
    1.7 选题意义及主要工作
    参考文献
第二章 高效Co₃S₄/CoP复合电催化剂的合成及其析氢性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验
        2.2.1 实验试剂
        2.2.2 前驱体的合成
        2.2.3 Co₃S₄/CoP,CoP和Co₃S₄纳米材料的制备
        2.2.4 材料表征
        2.2.5 电化学测试和工作电极的制备
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 形貌结构表征
        2.3.2 电催化析氢性能分析
        2.3.3 讨论
    2.4 本章小结
    参考文献
第三章 CoPS/Al₂O₃纳米结构的合成及其作为全解水双功能催化剂的研究
    3.1 引言
    3.2 实验
        3.2.1 实验试剂
        3.2.2 CoAl-LDH-n,CoPS/Al₂O₃-n,CoP/Al₂O₃-3和CoS₂/Al₂O₃的制备
        3.2.3 Co(OH)₂和CoPS纳米结构的制备
        3.2.4 材料表征
        3.2.5 电化学测试和工作电极的制备
        3.2.6 计算方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 形貌结构表征
        3.3.2 电催化析氢、析氧性能分析
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 Mo掺杂Ni₂P:一种可用于全解水的高效双功能电催化剂
    4.1 引言
    4.2 实验
        4.2.1 实验试剂
        4.2.2 电沉积制备Ni/NF和Mo-Ni/NF
        4.2.3 次磷酸盐热分解法合成Ni₂P/NF和Mo-Ni₂P/NF
        4.2.4 材料表征
        4.2.5 电化学测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 形貌结构表征
        4.3.2 电催化析氧、析氢性能分析
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 结论和展望
    5.1 结论
    5.2 展望
攻读博士期间的科研成果
致谢



本文编号：3739908