过渡金属磷化物的制备及电催化分解水性能的研究

发布时间：2022-12-11 02:11

　　随着人类科技的不断发展,能源和环境问题逐渐成为制约全球各国经济发展的重要因素。为了应对人类社会当前面对的严峻挑战,我们迫切的需要寻找出一种绿色环保、可持续使用的能源,而氢气作为一种绿色无污染的可持续能源被认为是不可再生化石类能源的理想的替代者。在众多的产氢途径中,电解水制氢一直被认为是一种简便可行的方法。电解水过程中涉及两个半反应的发生,即析氢反应（HER）与析氧反应（OER）。为了在电解水工业化生产过程中实现高效、节能和减小生产成本的现实需求,必须要在电解水过程中引入电催化剂来促进反应进行。而催化剂性能的好坏制约着电解水的效率和产氢的成本,这对两个半反应中使用的HER和OER类型的催化剂性能提出更高的要求。相比于贵金属类电催化剂,过渡金属磷化物由于优异的HER和OER性能,成为双功能电解水催化剂的研究热点。本文立足于构建双功能的过渡金属磷化物,设计出具备独特形貌结构的复合材料,从而有效提高催化剂的导电性能,增加催化剂有效比表面积和活性部位数量,实现催化剂HER和OER性能的提升。1.以电沉积法制备的镍铁羟基氧化物（NiFe-LDH）为前驱体,通过低温磷化处理得到（Ni_x

【文章页数】：78 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 电解水简介
        1.2.1 电解水过程
        1.2.2 电解水析氢反应(HER)原理
        1.2.3 电解水析氧反应(OER)原理
    1.3 电催化剂HER和 OER的重要性能指标
        1.3.1 过电位(Over-potential)
        1.3.2 塔菲尔斜率(Tafel slope)
        1.3.3 稳定性(Stability)
        1.3.4 双电层电容(Double layer capacitance,Cdl)
        1.3.5 法拉第效率(Faraday efficiency)
    1.4 过渡金属磷化物介绍
        1.4.1 双功能过渡金属磷化物用于全解水的优越性
        1.4.2 过渡金属磷化物的制备方法
    1.5 过渡金属磷化物电解水性能的优化方法
        1.5.1 调整金属和磷的化学计量比
        1.5.2 复合三维导电基底
        1.5.3 元素合金或掺杂
        1.5.4 表面设计
    1.6 本论文的研究意义和内容
    参考文献
第二章 材料制备及相关分析方法
    2.1 实验材料与仪器
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 实验设备
    2.2 自支撑三元(Ni_xFe_y)_2P纳米片阵列的制备
        2.2.1 镍泡沫的处理
        2.2.2 镍铁羟基氧化物(Ni_xFe_y-LDH)前驱体的制备
        2.2.3 三元(Ni_xFe_y)_2P纳米片阵列的制备
        2.2.4 自支撑Ni_2P纳米片的制备
        2.2.5 自支撑Fe_2P纳米片的制备
    2.3 自支撑三维Cu_3P NW@CoFeP复合材料的制备
        2.3.1 铜泡沫的处理
        2.3.2 氢氧化铜纳米线阵列(Cu(OH)_2 NW/CF)的制备
        2.3.3 Cu(OH)_2 NW@CoFe-LDH前驱体的制备
        2.3.4 Cu_3P NW@CoFeP的制备
        2.3.5 Cu_3P NW@CoP和 Cu_3P NW@FeP的制备
    2.4 表征手段及测试设备
        2.4.1 X射线衍射仪(XRD)
        2.4.2 扫描电子显微镜(SEM)
        2.4.3 透射电子显微镜(TEM)
        2.4.4 X射线光电子能谱(XPS)
    2.5 电化学测试
        2.5.1 自支撑三元(Ni_xFe_y)_2P纳米片阵列测试
        2.5.2 自支撑三维Cu_3P NW@CoFeP测试
        2.5.3 双电层电容测试
    参考文献
第三章 三元(Ni_xFe_y)_2P纳米片阵列双功能催化剂的全解水性能研究
    3.1 引言
    3.2 电沉积时间对Ni_xFe_y-LDH前驱体形貌和结构的影响
        3.2.1 Ni_x Fe_y-LDH前驱体的表面形貌
        3.2.2 Ni_x Fe_y-LDH前驱体的微观结构
    3.3 自支撑三元(Ni_xFe_y)_2P纳米片阵列的形貌和结构
        3.3.1 不同三元(Ni_xFe_y)_2P催化剂的微观结构
        3.3.2 三元(Ni_xFe_y)_2P纳米片阵列的表面形貌
    3.4 自支撑三元(Ni_xFe_y)_2P纳米片阵列的电化学性能
        3.4.1 电沉积时间对(Ni_xFe_y)_2P性能的影响
        3.4.2 自支撑三元(Ni_xFe_y)_2P纳米片阵列的析氢性能
        3.4.3 自支撑三元(Ni_xFe_y)_2P纳米片阵列的析氧性能
        3.4.4 三元(Ni_(0.66)Fe_(0.33))_2P双功能催化剂的全水解性能
    3.5 本章小结
    参考文献
第四章 自支撑Cu_3P NW@CoFeP双功能催化剂的全解水性能研究
    4.1 引言
    4.2 Cu(OH)_2 NW@CoFe-LDH前驱体的形貌和结构
        4.2.1 Cu(OH)_2NW/CF的表面形貌
        4.2.2 Cu(OH)_2 NW@CoFe-LDH前驱体的表面形貌
        4.2.3 Cu(OH)_2 NW@CoFe-LDH前驱体的微观结构
    4.3 自支撑三维Cu_3P NW@CoFeP催化剂的形貌和结构
        4.3.1 自支撑三维Cu_3P NW@CoFeP催化剂的表面形貌
        4.3.2 自支撑三维Cu_3P NW@CoFeP催化剂的微观结构
    4.4 自支撑三维Cu_3P NW@CoFeP催化剂的电化学性能
        4.4.1 电沉积时间对Cu_3P NW@CoFeP性能的影响
        4.4.2 自支撑三维Cu_3P NW@CoFeP催化剂的析氢性能
        4.4.3 自支撑三维Cu_3P NW@CoFeP催化剂的析氧性能
        4.4.4 自支撑三维Cu_3P NW@CoFeP催化剂的全水解性能
    4.5 本章小结
    参考文献
第五章 结论
硕士期间的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Kinetics for hydrogen production by methanol steam reforming in fluidized bed reactor[J]. Fuxiang Zhang,Yingshuang Shi,Lijun Yang,Xiaoze Du.  Science Bulletin. 2016(05)



本文编号：3717944