磷化钴基电催化剂的可控构筑及其催化特性

发布时间：2020-04-22 03:19

【摘要】：水电解由两个半电池反应组成:阴极处产生氢气的析氢反应(HER),以及产生氧气的阳极处的析氧反应(OER),而提高非贵金属电催化剂的HER和OER中的效率是一项艰巨的任务。本文致力于用简单的方法、廉价的过渡金属制备电催化剂,其中磷化钴基催化剂具有良好的电催化产氢产氧性能。本论文第三章主要探究了铁元素掺杂的磷化钴自支撑催化剂。通过水热法合成前驱体,随后用高温磷化的方法得到Fe-CoP/NF。并探究了不同掺杂量的铁元素和不同反应时间对催化材料的影响,掺杂1 mmol FeCl_3·6H_2O反应时间为10 h时催化性能最好,在碱性环境下电催化产氢,在电流密度为10 mA cm~(-2)时,过电位是97 mV,电催化产氧时,当电流密度为50 mA cm~(-2)时,过电位为305.7 mV。酸性条件下进行电催化产氢,在电流密度为10 mA cm~(-2)时,所对应的过电位是116 mV。本论文第四章与第三章都采用相同的合成方法,通过优化反应条件,合成了NiCoP/NF催化剂。反应条件为90℃19 h时,在酸性条件下HER,电流密度为10 mV cm~(-2)时,过电势为113.35 mV,碱性条件下HER,电流密度为10 mV cm~(-2)时,过电势为111.43 mV。掺杂Ni元素并调节改进催化剂的形貌,提高催化剂的电催化产氢性能,可能是由于此反应条件下可以暴露更多的活性位点。
【图文】：

机理,催化剂表面,酸性电解质,法拉第常数

第 1 章绪论Step1:H3O+*+e-→H*+H2O(Volmerreaction)Tafelslope=2.3RT/(αF)=120 mV dec-1(1-1)Step2:2H*→H2(Tafelreaction)Tafelslope=2.3RT/(2F)=30 mV dec-1(1-2)Step2’:H3 ++H*+e-→H2+H2 (Heyrovskyreaction)Tafelslope=2.3RT/[(1+α)F]=40 mV dec-1(1-3)其中 R 是理想气体常数，T 是绝对温度，F 是法拉第常数，*是催化剂表面，H*被吸收的氢中间体和≤0.5 是对称的系数。

示意图,水分解,示意图,金属氧化物催化剂

第 1 章绪论对于目前最先进的金属和金属氧化物催化剂，，纳米级的 Ni(OH)2团簇在铂电极表的可控排列表明，在电催化产氢性能，其活性增加了 8 倍，在双功能效应中，i(OH)2团簇结构促进了水的离解，生成氢中间体，然后吸附在附近的 Pt 表面上，组形成氢分子。而氢的中间产物是通过 Li+导致 HO-H 键更不稳定，从而导致活增加 10 倍（如图 1-3 所示）[36]。
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ116.21;TQ426

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