本文關(guān)鍵詞：過渡金屬磷化物的制備及其電催化分解水性能研究

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【摘要】：當(dāng)今人類社會(huì)發(fā)展正被能源短缺和環(huán)境污染所困擾。氫能,由于其高效、清潔、可再生等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是解決未來(lái)能源危機(jī)和減少環(huán)境污染的最有潛力的能源之一。在所有的制氫方法中,電解水具有資源豐富、可循環(huán)利用以及能夠與燃料電池相結(jié)合的優(yōu)勢(shì),是一種實(shí)現(xiàn)氫能經(jīng)濟(jì)的重要途徑。本論文主要對(duì)電解水電極材料的制備及其電催化分解水性能進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容如下:1、利用簡(jiǎn)單的水熱反應(yīng)和低溫煅燒處理得到了Co3O4/Ti納米棒簇陣列前驅(qū)體,再通過低溫磷化該前驅(qū)體,最終得到自支撐三維多孔CoP/Ti納米棒簇陣列。多孔CoP/Ti納米棒簇陣列能夠直接作為活性陰極直接用于電催化分解水。在0.5 M H2SO4電解質(zhì)中,其催化析氫反應(yīng)的起峰電位為155 mV,塔菲爾斜率值為40 mV dec-1;而且在不同pH電解質(zhì)溶液中,該電極均展現(xiàn)出優(yōu)異的電催化析氫性能和良好的穩(wěn)定性。2、首先利用上述相似的方法獲得了Co3O4/碳布(CC)前驅(qū)體,然后通過二次水熱反應(yīng)和低溫磷化處理,得到自支撐CoP@FeP/CC三維分級(jí)結(jié)構(gòu)材料。該電極材料在0.5 M H2SO4電解質(zhì)中表現(xiàn)出更為優(yōu)異的析氫反應(yīng)性能和穩(wěn)定性,明顯優(yōu)于單獨(dú)的CoP/CC、FeP/CC以及具有類似結(jié)構(gòu)的TiO2@FeP/CC,表明材料的結(jié)構(gòu)組成特征影響著催化劑的性能。電化學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)顯示CoP@FeP/CC在0.5 M H2SO4中僅需30 mV過電勢(shì)電位就能獲得10 mA cm-2的催化析氫電流,其塔菲爾斜率值為42 mV dec-1。3、通過直接將Co(CO3)0.5(OH)0.11?H2O NRs/Ti進(jìn)行低溫磷化處理,得到了自支撐三維CoP/Ti納米棒陣列。我們對(duì)磷化反應(yīng)溫度和次磷酸鈉用量進(jìn)行優(yōu)化探索,在此基礎(chǔ)上對(duì)最優(yōu)條件制備的CoP/Ti納米棒陣列的電催化性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究,發(fā)現(xiàn)該電極材料同時(shí)具有析氫和析氧的雙功能催化性能。該催化劑在三電極體系的強(qiáng)堿性電解質(zhì)中不但具有較低的析氫、析氧反應(yīng)過電勢(shì)(電流密度為10 mA cm-2時(shí)的析氫和析氧過電勢(shì)分別為68和313 mV)和較小的塔菲爾斜率(析氫為31mV dec-1;析氧為58 m V dec-1),而且在兩電極體系中一節(jié)1.5 V AAA干電池便可驅(qū)動(dòng)其電催化全分解水產(chǎn)生氫氣和氧氣。在經(jīng)過24 h兩電極體系全分解水反應(yīng)之后并未觀察到性能明顯的降低,說(shuō)明該催化劑具有良好的穩(wěn)定性。4、以泡沫鎳(NF)作為集流體,在室溫下利用簡(jiǎn)便而綠色電沉積法制備了FeCo-P的非晶合金。該電極同樣具有析氫和析氧的雙功能催化性能。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,當(dāng)Fe和Co的摩爾比為3:7時(shí)催化劑的性能最優(yōu)。同樣地,Fe-Co-P/NF作為一種高效穩(wěn)定的全電解水催化劑,它亦在一節(jié)1.5 V AAA干電池驅(qū)動(dòng)下能夠分解水為產(chǎn)生氫氣和氧氣。
【關(guān)鍵詞】：過渡金屬磷化物 電催化析氫反應(yīng) 電催化析氧反應(yīng) 全分解水 堿性電解水
【學(xué)位授予單位】：西華師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;TQ116
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第1章 前言10-29
• 1.1 電分解水歷史10
• 1.2 電分解水的原理10-12
• 1.3 電解水催化劑12-26
• 1.3.1 性能表征12-13
• 1.3.2 性能測(cè)試方法13-14
• 1.3.3 催化劑的分類14-26
• 1.3.3.1 析氫催化劑15-21
• 1.3.3.2 析氧催化劑21-24
• 1.3.3.3 雙功能催化劑24-26
• 1.4 本論文的選題思路和主要工作26-29
• 第2章 多孔磷化鈷納米棒簇陣列的合成及其電催化析氫性能研究29-39
• 2.1 引言29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分29-31
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑29-30
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器30
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟30-31
• 2.2.3.1 制備Co_3O_4/Ti前驅(qū)體30
• 2.2.3.2 制備CoP NBAs/Ti30
• 2.2.3.3 電化學(xué)測(cè)試方法30-31
• 2.3 結(jié)果與討論31-38
• 2.3.1 CoP納米棒簇陣列的結(jié)構(gòu)和形貌表征31-34
• 2.3.2 CoP納米棒簇陣列的析氫性能測(cè)試34-37
• 2.3.3 CoP納米棒簇析氫的機(jī)理37-38
• 2.4 小結(jié)38-39
• 第3章 CoP@FeP/CC三維電極的構(gòu)筑及其電催化析氫性能研究39-49
• 3.1 引言39-40
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分40-42
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑40
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器40
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟40-42
• 3.2.3.1 合成Co_3O_4/CC納米線陣列40-41
• 3.2.3.2 合成CoP/CC納米線陣列41
• 3.2.3.3 合成FeP/CC納米線陣列41
• 3.2.3.4 合成CoP@FeP/CC三維分級(jí)結(jié)構(gòu)41
• 3.2.3.5 合成TiO_2@FeP/CC三維分級(jí)結(jié)構(gòu)41-42
• 3.2.3.6 電化學(xué)測(cè)試方法42
• 3.3 結(jié)果和討論42-48
• 3.3.1 CoP@FeP/CC三維分級(jí)結(jié)構(gòu)的形貌和表征42-46
• 3.3.2 CoP@FeP/CC三維分級(jí)結(jié)構(gòu)的析氫性能及穩(wěn)定性測(cè)試46-48
• 3.4 小結(jié)48-49
• 第4章 雙功能磷化鈷納米棒陣列電催化全分解水性能研究49-63
• 4.1 引言49
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分49-51
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑49-50
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器50
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟50-51
• 4.2.3.1 制備Co(CO_3)0.5(OH)_(0.11)·H_2O NRs/Ti前驅(qū)體50
• 4.2.3.2 制備CoP NRs/Ti50-51
• 4.2.3.3 電化學(xué)測(cè)試方法51
• 4.3 結(jié)果與討論51-62
• 4.3.1 CoP NRs/Ti的形貌表征51-54
• 4.3.2 CoP NRs/Ti的性能優(yōu)化實(shí)驗(yàn)54-56
• 4.3.3 CoP NRs/Ti的全分解水性能測(cè)試56-59
• 4.3.4 CoP NRs/Ti的全分解水機(jī)理研究59-62
• 4.4 小結(jié)62-63
• 第5章 非晶鐵鈷磷合金的電沉積制備及其電催化全分解水性能研究63-72
• 5.1 引言63
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分63-65
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑63-64
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器64
• 5.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟64-65
• 5.2.3.1 電沉積制備合金材料64
• 5.2.3.2 電化學(xué)測(cè)試方法64-65
• 5.3 結(jié)果和討論65-71
• 5.3.1 Fe-Co-P/NF制備優(yōu)化實(shí)驗(yàn)65
• 5.3.2 Fe-Co-P/NF形貌表征65-67
• 5.3.3 Fe-Co-P/NF全分解水性能測(cè)試67-70
• 5.3.4 Fe-Co-P/NF電化學(xué)測(cè)試前后XPS分析70-71
• 5.4 小結(jié)71-72
• 參考文獻(xiàn)72-85
• 致謝85-88
• 在學(xué)期間的科研情況88

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 ;用陽(yáng)光分解水[J];廣西工學(xué)院學(xué)報(bào);1997年03期

2 ;分解水的新型催化劑[J];企業(yè)技術(shù)開發(fā);2002年02期

3 ;美科學(xué)家開始研究利用太陽(yáng)能分解水廉價(jià)制氫[J];東北電力技術(shù);2005年09期

4 韓斌;;對(duì)通電分解水簡(jiǎn)易裝置的改進(jìn)[J];中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備;2011年03期

5 潘s，

本文編號(hào)：693526