本文關(guān)鍵詞：氮摻雜碳材料負(fù)載碳化鉬作為析氫電催化劑

  更多相關(guān)文章： 氮摻雜的碳 碳化鉬 電催化 析氫反應(yīng) 水熱法 包覆

【摘要】：氫能源是一種重要的新能源。氫氣具有較高的燃燒值,產(chǎn)物是水,無污染;此外氫的來源豐富,可以將其它形式的能源儲(chǔ)存在氫氣中,是一種理想的能源載體。電解水是重要的制氫方法,具有電解效率高、氫氣純度高等優(yōu)點(diǎn)。然而,電解析氫反應(yīng)往往需要較大的過電位,能耗大,不符合新能源發(fā)展的需求。雖然鉑系貴金屬具有較高的催化活性,但嚴(yán)重受限于其高昂的造價(jià)。如何解決高制氫效率與低催化劑成本之間的矛盾是該領(lǐng)域的重要研究方向。為了制備經(jīng)濟(jì)、高效的析氫電催化材料,本文主要制備了碳氮材料負(fù)載的金屬、金屬碳化物電催化劑。氮摻雜碳材料可以改善活性物質(zhì)的分散度,提高材料的導(dǎo)電性,從而優(yōu)化催化劑的活性。本文主要工作內(nèi)容如下:一、碳化鉬負(fù)載在碳氮材料上的電催化劑。通過水熱法將葡萄糖、三聚氰胺和鉬酸銨聚合后得到MoOx/多糖中間體,進(jìn)一步高溫碳化后得到MoCx/CN。該方法合成簡(jiǎn)單,可通過控制三聚氰胺的加入量來控制所得催化劑性能。同時(shí),所用原料價(jià)格低廉,能在300 mV過電位下達(dá)到72 mA cm-2電流密度,活性明顯高于非負(fù)載的碳化鉬催化劑,以及文獻(xiàn)報(bào)道的相關(guān)催化劑。二、高溫?zé)峤夥ㄖ苽銶o_2C/CN電催化劑。采用一步合成法,將鉬酸銨和三聚氰胺機(jī)械混合均勻后直接高溫煅燒,得到最終的催化劑。通過低溫(400 oC)的熱處理,再高溫焙燒,獲得活性較高的催化劑。在過電位為300 mV下達(dá)到55mA cm-1的電流密度。此外,還嘗試在其中加入碳納米管,改善催化劑的分散性和導(dǎo)電性。高溫?zé)峤夥ㄖ苽渫卣埂狢o@CN_x電催化劑。將鈷源和單氰胺溶解后攪干,高溫?zé)峤夂蟮玫紺o@CN_x催化劑。通過SEM、TEM、XRD等表征了材料的結(jié)構(gòu)、合成規(guī)律。電化學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn)所得催化劑活性較低,可能是CN_x無法包裹金屬鈷,導(dǎo)致活性物質(zhì)被酸洗洗去,催化活性降低。三、初步探索了以三聚氰胺和葡萄糖為原料的水熱法制備碳氮材料CN_x,研究其形貌變化規(guī)律和電催化性能。催化性能仍需進(jìn)一步改善。工作中發(fā)現(xiàn)鉑片作為對(duì)電極時(shí)會(huì)少量溶解于電解液,并電鍍到陰極的CN_x上,從而產(chǎn)生了較高的析氫性能。該發(fā)現(xiàn)一方面為制備高活性、低負(fù)載量的鉑基催化劑提供了新的方法;另一方面,在非貴金屬催化劑的電化學(xué)測(cè)試中,應(yīng)盡量避免貴金屬對(duì)電極的使用,例如采用石墨棒作為對(duì)電極。
【關(guān)鍵詞】：氮摻雜的碳 碳化鉬 電催化 析氫反應(yīng) 水熱法 包覆
【學(xué)位授予單位】：暨南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;TQ116.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-30
• 1.1 引言11-12
• 1.2 氫能的優(yōu)點(diǎn)12-13
• 1.3 氫源的獲取13-15
• 1.4 電解水析氫反應(yīng)15-18
• 1.5 氮摻雜的碳材料概述18
• 1.6 氮摻雜的碳材料18-25
• 1.6.1 氮摻雜的石墨烯19-20
• 1.6.2 氮摻雜的碳納米管20-21
• 1.6.3 高度多孔和介孔碳21-23
• 1.6.4 氮化碳（g-C3N4）23-25
• 1.6.5 其他類型的碳結(jié)構(gòu)25
• 1.7 碳氮材料在析氫方面的應(yīng)用25-28
• 1.8 本文選題意義和研究內(nèi)容28-30
• 第二章 試劑與實(shí)驗(yàn)方法30-37
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑30-31
• 2.2 表征方法31-34
• 2.2.1 粉末X射線衍射分析（XRD）31
• 2.2.2 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）31-32
• 2.2.3 場(chǎng)發(fā)射透射電子顯微鏡（FE-TEM）32
• 2.2.4 X射線光電子能譜分析（XPS）32-33
• 2.2.5 拉曼光譜（Raman Spectroscopy）33
• 2.2.6 氮?dú)馕摳奖缺砻鏈y(cè)試儀 （N2 Sorption Isothermal）33
• 2.2.7 碳?xì)涞胤治?（CHN Element Analyzer）33
• 2.2.8 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）33-34
• 2.3 電化學(xué)性能測(cè)試34-37
• 2.3.1 電化學(xué)性能測(cè)試系統(tǒng)34
• 2.3.2 工作電極的制作34-35
• 2.3.3 參比電極35
• 2.3.4 線性掃描伏安法（LSV）35
• 2.3.5 循環(huán)伏安法（CV）35
• 2.3.6 塔菲爾曲線（Tafel）35
• 2.3.7 電化學(xué)阻抗譜（EIS）35-37
• 第三章 碳化鉬負(fù)載在碳氮材料上的電催化劑37-52
• 3.1 引言37-39
• 3.1.1 碳化鉬負(fù)載在碳氮材料上的合成思路38-39
• 3.1.2 碳化鉬負(fù)載在碳氮材料上的制備方法39
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論39-48
• 3.2.1 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）39-40
• 3.2.2 場(chǎng)發(fā)透射電子顯微鏡（TEM）40-41
• 3.2.3 X射線衍射光譜（XRD）41-42
• 3.2.4 拉曼光譜（Raman）42
• 3.2.5 氮?dú)馕降葴厍�42-43
• 3.2.6 ICP-AES和碳?xì)涞胤治觯–HN element analyzer）43-44
• 3.2.7 X射線光電子能譜（XPS）44-45
• 3.2.8 線性掃描伏安法（LSV）和塔菲爾曲線（Tafel）45-46
• 3.2.9 交流阻抗譜（EIS）46-47
• 3.2.10　穩(wěn)定性47-48
• 3.3 拓展探索48-51
• 3.3.1 改變水熱溫度48-49
• 3.3.2 改變Mo: C的投料49-50
• 3.3.3 改變焙燒溫度50-51
• 3.4 小結(jié)51-52
• 第四章 高溫?zé)峤夥ㄖ苽涮蓟f負(fù)載在碳氮材料上的電催化劑52-74
• 4.1 引言52-53
• 4.2 Mo_2C@NC電催化劑53-60
• 4.2.1 Mo_2C@NC電催化劑的制備53-54
• 4.2.2 Mo_2C@NC場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)54
• 4.2.3 Mo_2C@NC的XRD圖54-55
• 4.2.4 Mo_2C@NC的線性掃描伏安法（LSV）55-56
• 4.2.5 Mo_2C@NC 400 oC保持不同時(shí)間的SEM圖56-57
• 4.2.6 Mo_2C@NC 400 oC, 30 min, A:M=1:4 的TEM圖57-58
• 4.2.7 Mo_2C@NC 400 oC保持不同時(shí)間的XRD圖58-59
• 4.2.8 Mo_2C@NC 400 oC保持不同時(shí)間的LSV圖59-60
• 4.2.9 小結(jié)60
• 4.3 Mo_2C@NCNT電催化劑60-64
• 4.3.1 引言60
• 4.3.2 Mo_2C@NCNT的SEM圖60-61
• 4.3.3 Mo_2C@NCNT的TEM圖61-62
• 4.3.4 Mo_2C@NCNT的XRD圖62-63
• 4.3.5 Mo_2C@NCNT的LSV圖63
• 4.3.6 小結(jié)63-64
• 4.4 高溫?zé)峤夥ㄍ卣埂狢o@CN_x電催化劑64-74
• 4.4.1 Co@CN_x的制備64-65
• 4.4.2 Co@CN_x的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）65-68
• 4.4.3 Co@CN_x的場(chǎng)發(fā)射透射電子顯微鏡（TEM）68-69
• 4.4.4 Co@CN_x的XRD圖69-71
• 4.4.5 Co@CN_x的催化析氫性能71-73
• 4.4.6 小結(jié)73-74
• 第五章 其它相關(guān)工作74-79
• 5.1 引言74
• 5.2 CN_x的制備方法74-75
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論75-78
• 5.3.1 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）75-76
• 5.3.2 X射線衍射分析（XRD）76
• 5.3.3 線性掃描伏安法（LSV）76-78
• 5.4 本章小結(jié)78-79
• 全文總結(jié)與工作展望79-81
• 參考文獻(xiàn)81-93
• 讀研期間發(fā)表的論文93-94
• 致謝94

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