二硒化钼超薄纳米片热液调控生长与电化学性能研究

发布时间：2020-07-12 18:12

【摘要】：随着越来越严重的环境危机和能源短缺,人们越来越意识到清洁高效能源在社会的发展中的重要作用,氢气因其独一无二的优势备受关注,而电解水制备氢气是常见的方式,因此,电催化析氢反应(hydrogen evolution reaction,HER)中的催化剂的研究具有重要意义。同时考虑到能源使用的限制性,像超级电容器、电池等能源存储器件也亟待发展。过渡金属二硫属化物(Transition metal dichalcogenides,TMDs)由于在电催化,光催化,能源存储等方面的优异表现近年来广被研究。二硒化钼(MoSe2)作为一种典型层状TMD具有重要研究价值,虽然其廉价易得,但是平庸的导电性及被限制的活性位点数目大大限制了这类材料的应用。因此调整MoSe2的微结构使其拥有更好的导电性及暴露出更多活性位点,从而表现出更优的电催化性能。本论文一方面基于之前的工作调控富钼相超薄MoSe2纳米片的缺陷,并探索相应超级电容和电催化性能,另一方面通过实验探索改进,获得更薄,导电性更好的MoSe2材料,并测试其性能。本论文主要内容如下:1、发展了一种液相合成调控N掺杂MoSe2,使其具有单层或几层的形貌特点,从而暴露出更多边缘活性位点,并且由于N掺杂带来结构的改变,其呈现出1T-2H物相特征。因为1T相为金属相,2H为半导体相,因而掺杂改变了材料的本征电子结构提高了材料的导电性。这种N-MoSe2表现出优异的HER活性,其起始过电势为45 mV,塔菲尔斜率为38 mV dec-1,并且表现出良好的电化学稳定性,在10h的j-t测试中电流变化较小。该样品合成方法简单,并同时实现了材料的导电性提高和反应活性位点数目的增加,为合成高效电催化剂提供新的思路和想法,也促进新型TMD催化剂的产生。2、探索缺陷对富钼相超薄MoSe2纳米片的超级电容性能及析氢反应的影响。MoSe2的边缘Se缺陷被公认为是HER的活性反应位点,而另一方面,载流子传输能力和材料的比表面积是影响赝电容的主要因素。通过研究MoSe2的缺陷与其电催化性能的关联,探索影响MoSe2的超级电容性能的因素以及不同缺陷浓度对应的HER性能。实验表明,随着缺陷浓度的增加,MoSe2的超电性能也成增长趋势。缺陷浓度随着温度的升高而增加。样品在300° C下制备的样品在1A/g的3 mol/L KOH中达到了466.7 F/g的最佳性能。且HER活性也随之提高。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ116.2;TB383.1;TQ426
【图文】：

示意图,晶体结构,示意图

的研宄呈指数发展。过渡金属二硫属化物（ＴＭＤｓ）是一类典型的层状化合物，分子逡逑式为ＭＸ２，其中Ｍ为过渡金属元素（Ｍｏ，Ｒｅ等），Ｘ为硫属元素（Ｓ，Ｓｅ等），晶体逡逑结构如图１．１所示。［８］其中１Ｔ和２Ｈ是常见结构。前者表现出金属性，后者为半逡逑导体相。因其独特的电子结构，ＴＭＤｓ在光电、催化、能源存储和转化上有着重要逡逑的应用，尤其在电催化领域。逡逑３Ｒ逡逑，ａ）逦，ｂ，逦（ｃ＞逦（ｄＪ逦⑷技ｊ＃，逡逑１Ｈ逦１Ｔ逦Ｏｓｌｏｒｔｅｄ邋１Ｔ邋２Ｈ逡逑ｔ／邋＾逡逑图１．１邋ＴＭＤ的晶体结构示意图Ｗ逡逑设计不同的合成方案从而获得具有想要的结构、尺寸、厚度、晶型、缺陷状态逡逑和表面性质的ＴＭＤｓ，对进一步学习它们的物理、化学、电子、光学性质以及进一逡逑步探索它们可能的潜在应用具有重要意义。同时，这些优异的性质和可能应用也逡逑可促进ＴＭＤ及二维材料的各种可靠合成方法

曲线,能量存储,设备,曲线

在众多能源设备中独树一帜。它被认为是电池和传统电容器的中间体。因逡逑其高的理论能量密度、快速充放电过程、长时间的循环寿命，简单的原理，有望成逡逑为新型能源设备。Ｐ１１］如图１．２所示，对不同能量存储和转换装置进行了比较，并逡逑在简化的”Ｒａｇｏｎｅ图”中介绍了在具体能量和比功率方面的占比，超级电容器在逡逑不同的能量和功率方面占有重要的地位。［１２］目前，超级电容器广泛应用于消费电逡逑子设备、存储器备用系统以及工业电源和能源管理。［１３］其中一个最有前途的应用逡逑是在低排放混合动力电动汽车和燃料电池移动车辆中的应用。在这种情况下，逡逑超级电容器与初级高能量电池或燃料电池结合在一起，作为一种具有大功率能力逡逑的临时储能装置，用于在制动时储存能量。超级电容器很可能在未来的储能系统逡逑中与电池拥有同样重要的地位。逡逑ｆｔ°，ｓ邋‘逡逑３６邋ｍｓ逦／逦，邋Ｉ逡逑ｍ逦？逦０邋３ＳＳ逡逑１０４逦３．６ｓ逦

平面图,模型,电双层,平面

这个简单的赫尔姆霍兹ＥＤＬ模型后来进一步由古伊和查普曼修正，丨４0，４丨］逡逑考虑到由热运动驱动，电解质离子（阳离子和阴离子）在电解质溶液中的连续分布导逡逑致的分散层，如图１．２（ｂ）所示。然而，两个带分离电荷电层的电容与电层彼此距离逡逑成反比，因此在距离被缩小情况下，会产生非常大的电容值。因此古伊－查普曼模逡逑型导致了电容的容量被高估。后来，斯特恩将赫尔姆霍兹模型与古伊－查普曼模型逡逑这两种模型结合起来，标识其中内部区域和外部区域。［４２］如图中１．３（ｃ）所示，内逡逑部区域中离子（经常水合）被紧密地吸附在电极上，因而被称为紧密层或斯特恩层，逡逑在此之外的被称为分散层。内部赫尔姆霍兹平面（ＩＨＰ）和外部赫尔姆霍兹平面逡逑（ＯＨＰ）常被用来区分两种吸附离子，而扩散层区域是古伊－查普曼模型所定义的。逡逑Ｄｉｆｆｕｓｅ邋ｌａｙｅｒ逦Ｓｔｅｒｎ邋ｌａｙｅｒ逡逑．邋？逦ｆ逦—＾一ｔ一＾邋Ｄｉｆｆｕｓｅ邋ｌａｙｅｒ逡逑６逦—ｉ逦＾邋！邋ｎ邋ｉ邋ｊｃ￡逡逑ｌｉ邋Ｐ邋Ｚｎ邋０邋ｒ邋ｑ邋＾逡逑Ｉ！噌邋｜ｔＡ＊ｅ｜逦￣逡逑Ｗ丨１默１逡逑（ａ）逦（ｂ）逦，ＨＰ邋0Ｈ（，ｃ）逡逑图１．３电双层在正电荷表面的模型：⑷赫尔姆霍兹模型，（ｂ）古伊－查普曼模型，（ｃ）斯逡逑特恩模型

【相似文献】