ZIF-67衍生磷化钴催化剂的制备及其全解水性能研究
发布时间：2023-10-20 19:21
在全球气候变暖和能源危机的大背景下,开发安全、绿色和可持续的能源技术迫在眉睫。电解水制氢是有效解决上述问题最有效的方法之一。然而,由于电解水反应的特性决定了其需要高效的贵金属催化剂才能够实现,如用于析氢反应(HER)的铂基催化剂和析氧反应(OER)的二氧化钌和二氧化铱催化剂。考虑到这些贵金属的高价格和稀缺性,开发高效、稳定的非贵金属催化剂吸引了广泛的研究兴趣。设计制备对HER和OER反应都非常高效而且价格低廉的双功能电催化剂是实现电解水应用的关键。非贵金属双功能电催化剂是水电解的理想催化剂。然而,在同一环境下使用单一催化剂同时获得高效OER和HER性能仍然是一个挑战。在本论文中,我们发展了一种简单的材料制备新策略,以金属有机骨架材料(MOFs)为前驱体将二维(2D)/零维(0D)Co P整合到同一MOF衍生的空心氮掺杂碳纳米管组装多面体中。独特的2D结构赋予了所合成的纳米复合材料更多的活性位点和更大的活性比表面;而中空的内部结构更有利于电荷和物质传递。不同形态的磷化钴与氮掺杂碳纳米管的协同作用可以增强电子的传输能力,具有较高的活性位密度和良好的导电性。因此,Co P/HNCNP@2D可...
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 氢气的制备
1.3 电解水产氢
1.3.1 电化学析氢反应机理
1.3.2 电化学析氧反应机理
1.4 过渡金属磷化物及其结构改性
1.4.1 过渡金属磷化物
1.4.2 过渡金属磷化物的结构改性
1.4.2.1 多孔结构
1.4.2.2 二维结构
1.4.2.3 过渡金属磷化物与碳层复合
1.4.2.4 石墨烯或碳纳米管包裹金属磷化物及其它化合物
1.5 金属有机骨架及其衍生物在电解水中的应用
1.5.1 金属有机骨架及其衍生物
1.5.2 MOFs材料及其衍生物在析氧反应中和析氢反应中的应用
1.6 本论文的研究内容及创新点
1.6.1 本论文的研究内容
1.6.2 本论文的创新点
第二章 实验材料及表征方法
2.1 实验材料
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验仪器
2.2 材料的表征方法
2.2.1 X射线衍射仪(XRD)
2.2.2 氮气物理吸脱附表征
2.2.3 X射线光电子能谱仪(XPS)
2.2.4 透射电子显微镜(TEM)
2.2.5 场发射扫描电子显微镜(FESEM)
2.3 电催化性能测试
2.3.1 工作电极预处理
2.3.2 工作电极的制备
2.3.3 析氧反应的LSV的性能测试
2.3.4 析氢反应的LSV的性能测试
2.3.5 电化学活性表面积测试
2.3.6 样品稳定性测试
2.3.7 电化学阻抗(EIS)谱测量
2.3.8 全解水性能的测试
第三章 ZIF-67衍生制备含有0D/2D磷化钴的材料
3.1 CoP/HNCNP@2D CoP的合成路线
3.2 实验步骤
3.2.1 ZIF-67的制备
3.2.2 Co/HNCNP的制备
3.2.3 CoO/HNCNP@Co(OH)2 的制备
3.2.4 CoP/HNCNP@2D CoP的制备
3.2.5 CoP/HNCNP的制备
3.3 样品的表征结果与讨论
3.3.1 ZIF-67的结构和形貌表征
3.3.2 Co/HNCNP的结构和形貌表征
3.3.3 CoO/HNCNP@Co(OH)2 的结构和形貌表征
3.3.4 CoP/HNCNP@2D CoP的结构和形貌表征
3.3.5 CoP/HNCNP的结构和形貌表征
3.3.6 不同材料的XPS和 BET表征分析比较
3.4 本章小结
第四章 材料的电化学性能研究
4.1 不同材料的HER和 OER电催化活性
4.1.1 不同材料的OER活性
4.1.2 不同材料的HER活性
4.2 HER和 OER测试后样品的稳定性
4.3 不同材料的其它电化学性能表征
4.4 CoP/HNCNP@2D CoP的全解水性能
4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：3855369
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 氢气的制备
1.3 电解水产氢
1.3.1 电化学析氢反应机理
1.3.2 电化学析氧反应机理
1.4 过渡金属磷化物及其结构改性
1.4.1 过渡金属磷化物
1.4.2 过渡金属磷化物的结构改性
1.4.2.1 多孔结构
1.4.2.2 二维结构
1.4.2.3 过渡金属磷化物与碳层复合
1.4.2.4 石墨烯或碳纳米管包裹金属磷化物及其它化合物
1.5 金属有机骨架及其衍生物在电解水中的应用
1.5.1 金属有机骨架及其衍生物
1.5.2 MOFs材料及其衍生物在析氧反应中和析氢反应中的应用
1.6 本论文的研究内容及创新点
1.6.1 本论文的研究内容
1.6.2 本论文的创新点
第二章 实验材料及表征方法
2.1 实验材料
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验仪器
2.2 材料的表征方法
2.2.1 X射线衍射仪(XRD)
2.2.2 氮气物理吸脱附表征
2.2.3 X射线光电子能谱仪(XPS)
2.2.4 透射电子显微镜(TEM)
2.2.5 场发射扫描电子显微镜(FESEM)
2.3 电催化性能测试
2.3.1 工作电极预处理
2.3.2 工作电极的制备
2.3.3 析氧反应的LSV的性能测试
2.3.4 析氢反应的LSV的性能测试
2.3.5 电化学活性表面积测试
2.3.6 样品稳定性测试
2.3.7 电化学阻抗(EIS)谱测量
2.3.8 全解水性能的测试
第三章 ZIF-67衍生制备含有0D/2D磷化钴的材料
3.1 CoP/HNCNP@2D CoP的合成路线
3.2 实验步骤
3.2.1 ZIF-67的制备
3.2.2 Co/HNCNP的制备
3.2.3 CoO/HNCNP@Co(OH)2 的制备
3.2.4 CoP/HNCNP@2D CoP的制备
3.2.5 CoP/HNCNP的制备
3.3 样品的表征结果与讨论
3.3.1 ZIF-67的结构和形貌表征
3.3.2 Co/HNCNP的结构和形貌表征
3.3.3 CoO/HNCNP@Co(OH)2 的结构和形貌表征
3.3.4 CoP/HNCNP@2D CoP的结构和形貌表征
3.3.5 CoP/HNCNP的结构和形貌表征
3.3.6 不同材料的XPS和 BET表征分析比较
3.4 本章小结
第四章 材料的电化学性能研究
4.1 不同材料的HER和 OER电催化活性
4.1.1 不同材料的OER活性
4.1.2 不同材料的HER活性
4.2 HER和 OER测试后样品的稳定性
4.3 不同材料的其它电化学性能表征
4.4 CoP/HNCNP@2D CoP的全解水性能
4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
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本文编号：3855369
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