镍/改性氮化碳复合电极的制备及其电催化析氢性能的研究
发布时间：2021-10-30 13:21
目前,由于工业生产中大量化石燃料的燃烧引起的全球能源问题和环境污染问题越发严重,因此人们迫切寻找绿色可再生的新能源代替传统化石燃料等不可再生能源。氢能因其绿色环保和燃烧值高等优点被认为是最有潜能的新能源。在氢气的众多制备方法中,电解水制氢因其原料丰富、产率高、清洁无污染等特点备受关注。其中Pt基金属的催化活性最优,但其昂贵成本和较低稳定性限制了Pt基催化剂的广泛应用。因此,研究开发其他高活性、稳定且经济可行的析氢催化剂十分关键。本文将金属镍与改性的氮化碳通过电沉积技术制备镍基复合电极,并分析了其微观形貌和组织结构,探究其电催化析氢性能,主要研究内容如下:1.通过高温热解制备B掺杂g-C3N4,并对其进行机械球磨得到纳米尺寸的B-C3N4纳米颗粒（B-C3N4-M）,然后以泡沫镍为基底,将其作为复合相与镍共沉积制备Ni/B-C3N4-M/NF复合电极,并探究了电催化析氢性能。研究结果表明,相对于g-C3<...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
g-C3N4、B-C3N4、B-C3N4-M样品的XRD图谱
燕山大学工程硕士学位论文-20-图中可以看到g-C3N4样品有两个特征峰，分别位于12.88°和27.32°，分别对应于(100)和(002)晶面，分别由共轭芳香结构的面内振动和层间堆叠的反射产生的[64,65]。在掺入B原子以后，B-C3N4和B-C3N4-M样品的衍射峰的强度明显减弱但并未出现其他衍射峰，表明B掺杂后并没有改变样品的晶体结构。对于B-C3N4样品在12.37°和26.38°的位置有两个特征衍射峰，两个特征峰的位置相对于g-C3N4样品特征峰的位置均向低角度方向发生了偏移，分析其可能由于B原子的掺杂改变了晶面间距所致。与B-C3N4样品相比，B-C3N4-M样品(002)晶面的衍射峰变宽且强度变弱，分析其原因可能由于球磨过程中使样品的尺寸减小所导致的。图3-1g-C3N4、B-C3N4、B-C3N4-M样品的XRD图谱3.3.2SEM和EDS分析图3-2(a)B-C3N4和(b)B-C3N4-M样品的SEM图像；(c-f)B-C3N4-M样品的各元素EDS图谱
第3章Ni/B-C3N4/NF复合电极的制备及电化学性能研究-21-通过扫描电子显微镜(SEM)对掺杂后的B-C3N4和B-C3N4-M样品的微观形貌进行分析。如图3-2(a)所示，B掺杂后的样品B-C3N4为块状结构，与g-C3N4样品的形貌一致，说明B元素的掺杂并没有改变其原有形貌，其尺寸大约在5-30μm；图3-2(b)为B-C3N4-M样品的扫描图，可以看出经过机械球磨得到的B-C3N4-M样品颗粒尺寸较B-C3N4样品明显细化，其尺寸大约在0.2-3μm，说明通过机械球磨能够达到细化样品颗粒的目的，从而增大样品的比表面积。通过EDS图像可证明B-C3N4-M样品中的元素分布和存在，如图3-2(c-f)所示，可以看出B-C3N4-M样品中包含B、C、N三种元素，且各元素分布均匀，该结果说明成功的将B元素掺杂到g-C3N4中，该结果与XRD分析结果一致。3.3.3XPS分析图3-3B-C3N4-M样品的XPS图谱：(a)总谱；(b)C1s；(c)N1s；(d)B1s为了进一步对样品的表面元素组成和化学状态进行研究，对B-C3N4-M样品进行了X射线光电子能谱(XPS)分析，如图3-3所示。图3-3(a)为B-C3N4-M样品的XPS测量总谱图，从图中明确看到样品仅含C、N、B和O四种元素，其中氧来自于空气中水的吸附，检测结果与EDS分析结果相一致，说明B元素掺杂成功，且检测结果显示B-C3N4-M样品中B原子含量为0.88%。图3-3(b)为C1s的光谱图，图中显示有三个特征峰分别在284.5eV、285.3eV和288.1eV处，分别对应于C-C、C-N
【参考文献】：
期刊论文
[1]氢能助力数字产业绿色发展[J]. 李跻嵘. 国际融资. 2019(03)
[2]我国氢能发展现状与前景展望[J]. 刘坚,钟财富. 中国能源. 2019(02)
[3]氢能源替代石油能源产业的可能性探讨[J]. 沈军. 节能与环保. 2018(07)
[4]基于可再生能源的水电解制氢技术（英文）[J]. 迟军,俞红梅. 催化学报. 2018(03)
[5]碱性电解水析氢电极的研究进展[J]. 张开悦,刘伟华,陈晖,张博,刘建国,严川伟. 化工进展. 2015(10)
[6]电解水析氢电极材料的研究新进展[J]. 杜晶晶,李娜,许建雄,许利剑. 功能材料. 2015(09)
[7]电沉积Ni-S-Co/ZrO2复合电极及其催化析氢性能[J]. 高峻峰,高艳艳,谭春辉,李业萍,郭静,张树永. 精细化工. 2012(06)
[8]煤制氢发展现状[J]. 谢继东,李文华,陈亚飞. 洁净煤技术. 2007(02)
[9]太阳能分解水制氢技术研究进展[J]. 王宝辉,吴红军,刘淑芝,盖翠萍. 化工进展. 2006(07)
[10]能源危机与对策[J]. 张光寅. 科学中国人. 2003(08)
博士论文
[1]二维晶体的功能导向性设计及其电化学性能研究[D]. 谢俊峰.中国科学技术大学 2014
[2]电沉积法制备镍基二氧化铈复合催化析氢电极的研究[D]. 郑振.哈尔滨工业大学 2013
[3]高活性镍基析氢电极的制备及其在碱性条件下析氢行为研究[D]. 曹寅亮.北京化工大学 2013
硕士论文
[1]电沉积制备镍基电极及其催化析氢性能[D]. 齐海东.华北理工大学 2019
[2]镍基电催化剂的制备及析氢性能研究[D]. 吴新勇.深圳大学 2017
[3]超重力电沉积制备镍基复合析氢电极材料[D]. 陈周昊.燕山大学 2016
本文编号：3466803
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
g-C3N4、B-C3N4、B-C3N4-M样品的XRD图谱
燕山大学工程硕士学位论文-20-图中可以看到g-C3N4样品有两个特征峰，分别位于12.88°和27.32°，分别对应于(100)和(002)晶面，分别由共轭芳香结构的面内振动和层间堆叠的反射产生的[64,65]。在掺入B原子以后，B-C3N4和B-C3N4-M样品的衍射峰的强度明显减弱但并未出现其他衍射峰，表明B掺杂后并没有改变样品的晶体结构。对于B-C3N4样品在12.37°和26.38°的位置有两个特征衍射峰，两个特征峰的位置相对于g-C3N4样品特征峰的位置均向低角度方向发生了偏移，分析其可能由于B原子的掺杂改变了晶面间距所致。与B-C3N4样品相比，B-C3N4-M样品(002)晶面的衍射峰变宽且强度变弱，分析其原因可能由于球磨过程中使样品的尺寸减小所导致的。图3-1g-C3N4、B-C3N4、B-C3N4-M样品的XRD图谱3.3.2SEM和EDS分析图3-2(a)B-C3N4和(b)B-C3N4-M样品的SEM图像；(c-f)B-C3N4-M样品的各元素EDS图谱
第3章Ni/B-C3N4/NF复合电极的制备及电化学性能研究-21-通过扫描电子显微镜(SEM)对掺杂后的B-C3N4和B-C3N4-M样品的微观形貌进行分析。如图3-2(a)所示，B掺杂后的样品B-C3N4为块状结构，与g-C3N4样品的形貌一致，说明B元素的掺杂并没有改变其原有形貌，其尺寸大约在5-30μm；图3-2(b)为B-C3N4-M样品的扫描图，可以看出经过机械球磨得到的B-C3N4-M样品颗粒尺寸较B-C3N4样品明显细化，其尺寸大约在0.2-3μm，说明通过机械球磨能够达到细化样品颗粒的目的，从而增大样品的比表面积。通过EDS图像可证明B-C3N4-M样品中的元素分布和存在，如图3-2(c-f)所示，可以看出B-C3N4-M样品中包含B、C、N三种元素，且各元素分布均匀，该结果说明成功的将B元素掺杂到g-C3N4中，该结果与XRD分析结果一致。3.3.3XPS分析图3-3B-C3N4-M样品的XPS图谱：(a)总谱；(b)C1s；(c)N1s；(d)B1s为了进一步对样品的表面元素组成和化学状态进行研究，对B-C3N4-M样品进行了X射线光电子能谱(XPS)分析，如图3-3所示。图3-3(a)为B-C3N4-M样品的XPS测量总谱图，从图中明确看到样品仅含C、N、B和O四种元素，其中氧来自于空气中水的吸附，检测结果与EDS分析结果相一致，说明B元素掺杂成功，且检测结果显示B-C3N4-M样品中B原子含量为0.88%。图3-3(b)为C1s的光谱图，图中显示有三个特征峰分别在284.5eV、285.3eV和288.1eV处，分别对应于C-C、C-N
【参考文献】：
期刊论文
[1]氢能助力数字产业绿色发展[J]. 李跻嵘. 国际融资. 2019(03)
[2]我国氢能发展现状与前景展望[J]. 刘坚,钟财富. 中国能源. 2019(02)
[3]氢能源替代石油能源产业的可能性探讨[J]. 沈军. 节能与环保. 2018(07)
[4]基于可再生能源的水电解制氢技术（英文）[J]. 迟军,俞红梅. 催化学报. 2018(03)
[5]碱性电解水析氢电极的研究进展[J]. 张开悦,刘伟华,陈晖,张博,刘建国,严川伟. 化工进展. 2015(10)
[6]电解水析氢电极材料的研究新进展[J]. 杜晶晶,李娜,许建雄,许利剑. 功能材料. 2015(09)
[7]电沉积Ni-S-Co/ZrO2复合电极及其催化析氢性能[J]. 高峻峰,高艳艳,谭春辉,李业萍,郭静,张树永. 精细化工. 2012(06)
[8]煤制氢发展现状[J]. 谢继东,李文华,陈亚飞. 洁净煤技术. 2007(02)
[9]太阳能分解水制氢技术研究进展[J]. 王宝辉,吴红军,刘淑芝,盖翠萍. 化工进展. 2006(07)
[10]能源危机与对策[J]. 张光寅. 科学中国人. 2003(08)
博士论文
[1]二维晶体的功能导向性设计及其电化学性能研究[D]. 谢俊峰.中国科学技术大学 2014
[2]电沉积法制备镍基二氧化铈复合催化析氢电极的研究[D]. 郑振.哈尔滨工业大学 2013
[3]高活性镍基析氢电极的制备及其在碱性条件下析氢行为研究[D]. 曹寅亮.北京化工大学 2013
硕士论文
[1]电沉积制备镍基电极及其催化析氢性能[D]. 齐海东.华北理工大学 2019
[2]镍基电催化剂的制备及析氢性能研究[D]. 吴新勇.深圳大学 2017
[3]超重力电沉积制备镍基复合析氢电极材料[D]. 陈周昊.燕山大学 2016
本文编号：3466803
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