硫化镍电子结构的研究及其铁掺杂对析氧反应过程的影响

发布时间：2024-02-21 03:02

　　能源短缺和环境污染是人类可持续发展亟待解决的重大问题,开发可再生新能源成为世界瞩目的重要研究课题。目前,太阳能取之不尽用之不竭,是一种蕴藏巨大潜能的可再生能源。然而,其转化和储存问题阻碍了人类对太阳能的开发利用。氢气凭借着自身能量密度高、清洁和可再生等诸多优点成为最有潜力的新能源之一。利用太阳能电解水制氢气成为解决能源问题和环境问题的一举两得的策略。电解水由阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)两个半反应组成。由于OER涉及四电子转移过程,其动力学缓慢,成为全解水发展的瓶颈。目前,IrO2和RuO2具备可观的OER催化活性,但其储量稀缺及昂贵的价格阻碍了他们的商业化应用。因此,设计开发新型高效的OER催化剂成为发展电解水产业的重中之重。更为重要的,催化剂本征活性往往由电子结构决定,因此通过研究催化剂本身电子结构来指导高效催化剂的设计具有重大意义。本文系列制备了NiS2、NiS和Ni3S2等高纯样品,系统研究了他们的电子结构,并研究了他们的OER性能,得到以下若干研究成果:(1)Fe掺杂NiS2的OER研究研究发现,NiS2本身是半导体,带隙0.3 eV。随着铁的掺杂,其费米能级...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 电子结构与电解水的关联
        1.2.1 电解水基本原理
        1.2.2 过电位(η)
        1.2.3 交换电流密度(i₀)
        1.2.4 塔菲尔方程和塔菲尔斜率
    1.3 电子转移反应和OER机理
        1.3.1 单电子/多电子反应
        1.3.2 析氧反应(OER)机理
    1.4 电催化剂的研究现状
        1.4.1 贵金属氧化物
        1.4.2 钙钛矿氧化物
        1.4.3 尖晶石氧化物
        1.4.4 过渡金属硫化物
        1.4.5 NiFe羟基氧化物
    1.5 本课题的立题依据、意义及研究内容
第二章 实验部分
    2.1 实验试剂和仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 电化学测试方法
        2.2.1 循环伏安法(CV)
        2.2.2 线性扫描伏安法(LSV)
        2.2.3 恒电流法
        2.2.4 交流阻抗(EIS)
    2.3 实验表征
        2.3.1 X射线衍射(XRD)
        2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)
        2.3.3 透射电子显微镜(TEM)
        2.3.4 X射线光电子能谱(XPS)和X射线吸收光谱(XAS)
第三章 Fe掺杂的NiS₂纳米片析氧反应(OER)的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 Ni和FeNi基层状氢氧化物的合成
        3.2.2 Fe_xNi_1-xS₂纳米片的合成
        3.2.3 电化学测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 合成与结构分析
        3.3.2 电子结构
        3.3.3 OER性能和机理
    3.4 本章小结
第四章 NiS₂、NiS、Ni₃S₂的合成及电子结构研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 NiS₂的合成
        4.2.2 NiS、Ni₃S₂的合成
        4.2.3 NiS₂、NiS、Ni₃S₂电子结构的测定
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 XRD及SEM分析
        4.3.2 XPS和XAS分析
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的科研成果
致谢



本文编号：3904938