近年來,隨著工業(yè)水平的發(fā)展和生活水平的提高,人類對能源的需求日益增多。作為主要能源供應(yīng)的非可再生能源,化石燃料的過度消耗使其儲量越來越少。此外,化石燃料的燃燒引起一系列環(huán)境問題,已逐漸制約人類和社會的可持續(xù)發(fā)展。因此,當(dāng)前的能源結(jié)構(gòu)迫切需要改變,人們開始積極探索和開發(fā)可再生能源來替代化石燃料。在可再生能源中,氫能由于其高能量密度和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)受到了極大的關(guān)注。電解水制氫是氫氣的重要來源,水和氫氣之間的相互轉(zhuǎn)化過程可實(shí)現(xiàn)能源的存儲和運(yùn)輸,且無污染物產(chǎn)生,是一種高效、無碳、有實(shí)際應(yīng)用前景的儲能方法。水分解由陰極析氫反應(yīng)（HER）和陽極析氧反應(yīng)（OER）這兩個半反應(yīng)組成。其中,HER反應(yīng)會因OER反應(yīng)中剛性O(shè)=O鍵的緩慢形成而受到阻礙,解決該問題最有效的方法是尋找優(yōu)異電催化劑提高水分解效率。目前,公認(rèn)的性能最好的電解水催化劑為貴金屬催化劑,但稀缺性和高成本限制了其應(yīng)用,所以開發(fā)自然儲量高、價(jià)格低廉、催化效率高的電催化水分解催化材料成為近年來的研究焦點(diǎn)。過渡金屬材料（包括氧化物、磷化物、硫化物、硒化物、氮化物等）因其較好的析氫及析氧催化活性和催化穩(wěn)定性而被應(yīng)用于電催化水分解反應(yīng)中。在眾多過渡... 

【文章來源】：濟(jì)南大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Ni@NC@MoS2亞微球的合成過程

濟(jì)南大學(xué)碩士學(xué)位論文7圖1.2Mo基雙金屬氧化物及其納米雜化物材料的制備工藝1.3.3電導(dǎo)率的調(diào)控材料的導(dǎo)電性是催化劑具備電催化性能的先決條件之一，也是影響催化性能的重要因素。導(dǎo)電性良好的催化劑材料能夠減少電催化過程中催化劑與電解質(zhì)界面以及電極界面處的能壘，從而促使電子快速的轉(zhuǎn)移進(jìn)而提高能量轉(zhuǎn)變效率。因此，調(diào)控納米催化劑材料的導(dǎo)電性是制備高效電解水催化劑的重要途徑之一。An等人[25]報(bào)道了一種負(fù)載在泡沫鎳上的核殼結(jié)構(gòu)催化劑，該催化劑由泡沫鎳基體和包覆在石墨烯殼層中的雜化MoNi4合金-NiMoO4組成。其中，泡沫鎳作為一種導(dǎo)電基體材料，本身具有良好的導(dǎo)電特性，MoNi4-NiMoO4作為核心的催化劑成分具有較強(qiáng)的本征活性和較高的導(dǎo)電性，而石墨烯外殼能夠加速電荷的轉(zhuǎn)移，并為核心催化劑提供了額外的保護(hù)。因此，所制備的G@MoNi4-NiMoO4/NF復(fù)合材料對堿性水裂解具有良好的催化性能，較低的過電位以及優(yōu)異的催化穩(wěn)定性使其具有巨大的實(shí)際應(yīng)用前景。Guan課題組以碳纖維布為模板，制備了FeOOH/Ni3N/CC雜化催化劑材料[26]。圖1.3為FeOOH/Ni3N/CC雜化催化劑合成路線示意圖。從圖中可以看出，首先在CC表面利用電沉積方法生長ZnO納米棒陣列模板并在其表面電沉積一層Ni納米結(jié)構(gòu)，得到ZnO@Ni/CC核殼陣列。然后，將ZnO@Ni/CC核殼陣列浸入氨水溶液中去除ZnO模板得到Ni納米管結(jié)構(gòu)，隨后將碳布上的鎳納米管進(jìn)行氮化處理得到Ni3N/CC材料。最后在Ni3N/CC材料表面原位生長FeOOH納米片材料，得到最終的FeOOH/Ni3N/CC雜化催化劑材料。在整個催化材料組成中，F(xiàn)eOOH明顯提高了Ni3N/CC對析氫和析氧反應(yīng)的雙功能催化性能，與純Ni3N/CC樣品相比，最終催化劑的析氫反應(yīng)（HER）和析氧還

鎳鈷納米復(fù)合材料的合成及其電催化性能研究8原（OER）電催化活性均具有顯著提高。相互交聯(lián)的CC材料為Ni3N納米管材料生長提供了大量的附著位點(diǎn)，而且碳基材料本身導(dǎo)電性良好，有利于電子轉(zhuǎn)移，同時相對垂直的Ni3N納米管也可以促進(jìn)作為主要催化劑FeOOH材料的傳質(zhì)和電子轉(zhuǎn)移。優(yōu)異的電導(dǎo)率是該催化劑展現(xiàn)出優(yōu)異電催化性能的重要因素之一。圖1.3FeOOH/Ni3N/CC雜化催化劑合成路線示意圖。1.4過渡金屬磷化物的研究進(jìn)展1.4.1過渡金屬磷化物的特性過渡金屬儲量豐富價(jià)格低廉，其衍生物磷化物也被廣泛的研究。過渡金屬磷化物具有與零價(jià)金屬相似的特性，因此普遍表現(xiàn)出優(yōu)異的催化穩(wěn)定性以及良好的界面反應(yīng)動力學(xué)，目前被廣泛應(yīng)用于Li離子電池、傳感、光電子器件以及光、電催化分解水等領(lǐng)域。過渡金屬磷化物與其他過渡金屬衍生物（碳化物，氮化物，硼化物）類似，普遍具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性等性質(zhì)。但是，由于磷原子本身的半徑較大（0.109nm），過渡金屬磷化物的晶體結(jié)構(gòu)與碳化物以及氮化物的面心立方體或六邊形等的晶體結(jié)構(gòu)不同，是以三棱柱基體形貌的各向同性晶體結(jié)構(gòu)[27]。這種晶體結(jié)構(gòu)會使過渡金屬磷化物材料具有較多的配位不飽和的表面原子以及較高的催化活性。在過渡金屬磷化物中，常見的金屬元素主要包括Co、Ni、Fe、Mo、Cu、W和Mn等。過渡金屬磷化物可分為過渡單金屬磷化物、過渡雙金屬磷化物以及其他過渡金屬磷化物復(fù)合材料。1.4.2過渡單金屬磷化物金屬鎳與金屬鈷的單金屬磷化物是較早開始研究以及后續(xù)廣泛研究的磷化物材料。通過優(yōu)化材料組分、調(diào)控材料結(jié)構(gòu)和形貌，提高過渡金屬催化劑性能并逐漸實(shí)現(xiàn)商業(yè)化


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