磷化铁纳米片的制备及电催化析氢性能研究

发布时间：2023-03-14 21:34

　　随着化石能源的日益枯竭以及环境的持续恶化,人们迫切地希望寻找到一种清洁、可再生的能源。氢气作为一种高能量密度、清洁、可持续利用的能量载体,是未来最有潜力的能源,成为了当前人们研究的热点。电解水制氢是一种将水分解获得氢气的高效且清洁的方式。其原料是水,制氢过程中不会产生污染或有害物质,析氢高效且产出的氢气纯度高。然而这一过程需要较大的过电位,导致能耗较大,限制了进一步的工业应用。因此我们需要一种可以降低析氢过电位的催化剂来降低能耗。贵金属(如Pt,Ru,Ir和Pd)及其合金被认为是目前最高效的水分解催化剂。然而,这些贵金属成本高、储最少,制约了其在工业上的大规模应用。因此,开发同样具有高活性和高稳定性的非贵金属电催化剂迫在眉睫。过渡金属磷化物导电性好、催化活性高且制备简单。除此之外,过渡金属储量丰富且价格低廉,因此近年来过渡金属磷化物在电解水制氢领域受到了广泛的关注。铁元素是目前地球上最廉价且储量十分丰富的过渡金属,而钉元素的其价格仅为铂的4%,因此在商业化方面极具潜力。本文主要研究了铁基磷化物纳米材料催化剂的制备及其析氢催化性能,通过调节材料的结构形貌、元素比例以及磷化条件来优化催化剂...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 电催化析氢反应
        1.2.1 电催化析氢反应(HER)的工作原理
        1.2.2 电催化析氢反应的性能评估
    1.3 析氢催化剂的研究进展
        1.3.1 贵金属催化剂
        1.3.2 非贵金属催化剂
    1.4 过渡金属磷化物简介
        1.4.1 过渡金属磷化物的结构特征
        1.4.2 过渡金属磷化物的合成方法
        1.4.3 过渡金属磷化物的特点
        1.4.4 过渡金属磷化物基于析氢催化剂的一些应用
    1.5 本文研究目的与内容
第2章 实验部分
    2.1 实验药品和试剂
    2.2 实验仪器和设备
    2.3 材料测试表征方法
        2.3.1 X射线粉末衍射分析(XRD)
        2.3.2 X射线光电子能谱分析(XPS)
        2.3.3 扫描电子显微镜分析(SEM)
        2.3.4 透射电子显微镜分析(TEM)
        2.3.5 原子力显微镜分析(AFM)
        2.3.6 氮气吸附-脱附等温线分析(BET)
        2.3.7 拉曼光谱分析(Raman)
        2.3.8 电感耦合等离子体发射光谱仪分析(ICP)
    2.4 电化学测试方法
        2.4.1 工作电极的制备
        2.4.2 电化学性能测试
第3章 磷酸盐掺杂的超薄磷化铁纳米片在酸性介质中高效电催化析氢性能
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 超薄y-Fe₂O₃纳米片(γ-Fe₂O₃NS)前驱体的合成
        3.2.2 α-Fe₂O₃纳米片(α-Fe₂O₃NS)前驱体的合成
        3.2.3 以次亚磷酸钠为磷源制备FeP NS复合体(FeP-Ⅰ,FeP-Ⅱ)
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 FeP-Ⅰ和FeP-Ⅱ纳米结构的组成结构及形貌分析表征
        3.3.2 FeP-Ⅰ和FeP-Ⅱ材料的析氢催化性能研究
    3.4 本章小结
第4章 铁钌磷复合纳米材料的制备及其电催化析氢性能的研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 软模板法合成Fe-Ru纳米片
        4.2.2 Fe-Ru-P复合纳米材料的制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 Fe-Ru及Fe-Ru-P纳米结构的组成结构及形貌分析
        4.3.2 复合材料HER催化性能研究
    4.4 本章小结
第5章 结论与展望
参考文献
硕士期间研究成果
致谢



本文编号：3762794