隨著化石燃料的過(guò)度消耗,能源問(wèn)題已經(jīng)成為全球性難題,尋找可再生、環(huán)境友好型的能源迫在眉睫。水分解制取氫氣是最具前景的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)之一,但該技術(shù)的發(fā)展受到陽(yáng)極析氧反應(yīng)(OER)緩慢的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)限制。因此,開(kāi)發(fā)高效、穩(wěn)定的析氧反應(yīng)催化劑至關(guān)重要。本研究以碳纖維紙為基底,采用電沉積的方法成功合成了具有較好析氧活性的硫磷化鈷電極及硫磷化鈷鎳電極。首先采用循環(huán)伏安法,以碳纖維紙為基底,電沉積制備了磷化鈷(Co_2P/CFP)。研究了沉積圈數(shù)對(duì)催化劑表面形貌和析氧催化活性的影響,經(jīng)過(guò)40小時(shí)的耐久性測(cè)試,催化劑依然保持了良好的析氧催化活性。為了進(jìn)一步提高催化劑析氧活性,通過(guò)摻雜非金屬元素S研究了硫磷化處理對(duì)催化劑析氧活性的影響。采用兩步電沉積法(在CFP上先沉積硫化鈷納米片再進(jìn)行磷化)合成了硫磷化鈷(Co_(2-x)SP/CFP)。通過(guò)改變沉積圈數(shù),調(diào)控催化劑的表面形貌與P元素的含量,提高了催化劑中活性中心Co~(3+)離子的濃度。得到的催化劑(Co_(2-x)SP3/CFP)析氧過(guò)電勢(shì)明顯低于Co_2P/CFP、Co_(1-x)S/CFP和商業(yè)催化劑IrO_2,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)60h的穩(wěn)定性測(cè)試后,催化劑依然具有很好的析氧活性。通過(guò)對(duì)穩(wěn)定性測(cè)試后的樣品進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)Co_(2-x)SP/CFP表面逐漸被氧化為氧化鈷/氫氧化鈷。在Co_(2-x)SP基礎(chǔ)上,通過(guò)摻雜非貴金屬Ni,得到了Co_2Ni_(2-x)S_(1-x)P_x/CFP析氧催化劑,Ni加入進(jìn)一步提高了催化劑中Co~(3+)/Co~(2+)比例,強(qiáng)化了催化劑的析氧活性,并且表現(xiàn)出很好的析氧穩(wěn)定性,同時(shí)該催化劑具有較好的全解水性能。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：O643.36;O646
【部分圖文】：

圖 1-1 電解水示意圖[26]Fig 1-1 Schematic diagram of electrolytic water[26]催化劑化劑的作用是促進(jìn)電解水過(guò)程的進(jìn)行，其存在使電解水，從而降低了電解水過(guò)程中的過(guò)電勢(shì)。理想的電解水催件，第一個(gè)條件是要具有高活性；第二個(gè)條件是必須具氫反應(yīng)和析氧反應(yīng)上面就是要以較低的過(guò)電勢(shì)產(chǎn)生盡定的外加電壓以及電流下能夠較長(zhǎng)時(shí)間的保持電催化效止，鉑是公認(rèn)的最高效的析氫反應(yīng)催化劑，催化析氫反塔菲爾斜率非常小，釕基和銥基催化劑是目前為止公認(rèn)，然而鉑、銠以及銥作為貴金屬成本高昂且儲(chǔ)量稀缺，非貴金屬及其化合物取代貴金屬作為高效穩(wěn)定的析氫必然趨勢(shì)，其中過(guò)渡金屬（Fe、Co、Ni 等）的硫化物[

圖 1-2 (a) 制備 CoP 納米棒的流程圖，(b) CoP-MNA 的 TEM 圖，(c)水電解過(guò)程中氫氣和氧氣生成的代表性圖片，(d) 1 M KOH 中 CoP-MNA 的極化曲線(xiàn)，(f) 10 mA cm 2的恒電流下CoP-MNA 穩(wěn)定性測(cè)試[54]Fig 1-2(a) Schematic illustration of the fabrication of CoP mesoporous nanorod arrays. (b)TEM image of CoP-MNA. (c) A representative photograph of the system depicting H2(left) andO2(right) generation during overall water electrolysis. (d) Polarization curves of a twoelectrodealkaline electrolyzer using CoP-MNA/Co-MNA, IrO2/Pt, and Pt/Pt at a sweeping rate of 2 mV s 1in 1 M KOH. (e) Galvanostatic water electrolysis at a stationary current density of 10 mA cm 2over the course of 32 h for CoP-MNA/CoP-MNA and IrO2/Pt[54]1.3.2 鈷基硫化物金屬硫化物的合成是通過(guò)一種材料到另一種材料的一些必要的修飾來(lái)實(shí)現(xiàn)的。合成金屬硫化物的簡(jiǎn)單方法是共沉淀法，其中金屬前驅(qū)體鹽被放置在溶解金屬離子和硫化物前驅(qū)體的溶劑中。在此方法中，需要仔細(xì)監(jiān)測(cè)反應(yīng)溫度和 pH值，

圖 1-4 Co3O4納米粒子的平均粒徑(a) 6nm，(b) 21nm， (c) 47 nm，(d) Co3O4的析氫極化曲線(xiàn)[83]Fig 1-4 TEM images of cubic Co3O4nanoparticles with average sizes of (a) 6, (b) 21, (c) 47 nm.(d) Polarization activities for Co3O4nanoparticles loaded Ni foam in 1.0 M KOH electrolyte. Scanrate: 1 mV/s. Ni foam area: 1 cm2. Catalyst loading: 1 mg/cm2 [83]除了傳統(tǒng)的合成路線(xiàn)外，最近還開(kāi)發(fā)了一種 PLAL（Pulsed-LaserAblation inLiquids 液體脈沖激光燒蝕）方法，它能夠制備尺寸約為 2.5nm 的無(wú)表面活性劑的Co3O4納米粒子[85]。結(jié)晶材料在1MKOH中0.5mA/cm2條件下過(guò)電位為314mV。而且，氧化鈷納米粒子/碳復(fù)合材料已經(jīng)被證明可以進(jìn)一步提升水氧化電催化劑的性能。與其他碳材料相比，二維石墨烯/氧化石墨烯由于具有高導(dǎo)電性，電荷載流子遷移率，高表面積和優(yōu)異的耐久性等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換[86-91]。通過(guò)水熱方法，Co3O4納米晶體在輕度氧化的氧化石墨烯片上生長(zhǎng)[92]。通過(guò)在合成過(guò)程中添加 NH4OH，NH3和鈷陽(yáng)離子之間的相互作用使納米晶體的尺寸從15~25nm 進(jìn)一步減小到 4-8nm。在 1M KOH 溶液中，雜化材料顯示出相當(dāng)穩(wěn)定

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本文編號(hào)：2828018