本文關(guān)鍵詞：磷化鈷納米材料的制備及其催化析氫性能

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【摘要】：隨著人口的增長和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,能源的需求與供應(yīng)之間的不平衡問題逐漸凸顯。地球上有限的化石燃料已不足以保證人類長久的發(fā)展。并且,長期對碳基能源材料的依賴也導(dǎo)致了許多嚴(yán)重的環(huán)境和氣候問題的產(chǎn)生。因此,尋找一種可再生的、清潔的、無碳的新能源成為了當(dāng)務(wù)之急。氫氣作為清潔的新能源可以很完美地解決人類能源和環(huán)境兩大問題。然而,目前所使用的制氫技術(shù)是以化石燃料作為起始原料的。這就使得利用傳統(tǒng)的制氫方法并不能從根本上解決目前及其短缺的能源問題。因此,如何低成本、可持續(xù)、無污染地大規(guī)模制取氫氣受到了人們的廣泛關(guān)注。磷化鈷納米材料具有較低的析氫電位、良好的導(dǎo)電性以及較高的酸堿穩(wěn)定性,近幾年它在催化析氫領(lǐng)域中表現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力,引起了人們的極大興趣。但是,其制備技術(shù)還存在著成本高、反應(yīng)條件苛刻等缺點(diǎn),需要進(jìn)一步改進(jìn)。此外,磷化鈷在光催化過程中所扮演的角色及作用機(jī)制還需要進(jìn)一步理清�；谝陨峡紤],本論文試圖利用低成本的原料,通過一種簡單的氣-固相磷化反應(yīng)方法來制備具有高析氫活性的磷化鈷納米材料。在此基礎(chǔ)上,對負(fù)有磷化鈷的硫化鎘納米棒的光催化制氫行為進(jìn)行了系統(tǒng)的探討。本文的研究內(nèi)容及所獲得的研究成果如下：(1)對過渡金屬磷化物納米材料的制備方法進(jìn)行了詳細(xì)篩選,最終選取了低成本且易實(shí)現(xiàn)的氣-固相磷化技術(shù)作為研究對象。利用該方法,通過對反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、鈷前驅(qū)體種類等合成條件的控制,實(shí)現(xiàn)了對磷化鈷納米材料的可控制備。制得了磷化鈷納米塊、納米片、納米棒及納米線四種具有不同形貌的磷化鈷納米材料。最后,對可控制備原理和對催化反應(yīng)的影響進(jìn)行了初步探討。(2)對所制備的磷化鈷納米材料的電催化析氫行為進(jìn)行了系統(tǒng)考察。發(fā)現(xiàn)形貌對磷化鈷納米材料電催化析氫活性影響很大。在磷化鈷納米塊、納米片、納米棒及納米線四種納米材料中,磷化鈷納米線的電催化析氫活性最高,四種材料電催化析氫活性依次為納米棒納米片納米塊納米線。當(dāng)磷化鈷納米線在電極上的負(fù)載量為0.58mg·cm-2時(shí),10 mA·cm-2下的過電位僅為95.3 mV。這預(yù)示著所制得的磷化鈷納米線有可能在電催化制氫領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。此外,形貌對磷化鈷納米材料的穩(wěn)定性也有著很重要的影響。其中,納米片和納米塊的穩(wěn)定性較好,而磷化鈷納米線和納米棒的穩(wěn)定性卻還不能令人滿意。因而,如何控制形貌以達(dá)到催化析氫活性與穩(wěn)定性之間的平衡還需要進(jìn)一步的探討。(3)構(gòu)建了一個(gè)磷化鈷納米粒子和硫化鎘納米棒組成的光催化體系,以乳酸作犧牲劑,詳細(xì)考察了該光催化體系的光催化制氫行為。我們發(fā)現(xiàn)負(fù)有磷化鈷納米粒子的硫化鎘納米棒是一個(gè)非常高效的光催化制氫材料。在它的作用下,析氫速率可達(dá)106 mmol·g-1·h-1。在這個(gè)光催化過程中,磷化鈷納米粒子在兩方面起著助催化劑的作用。首先,它可以有效地富集CdS納米棒的光生電子,從而作為電子轉(zhuǎn)移中心,有效地抑制了光生電子.空穴對的復(fù)合。其次,CoP自身較低的析氫電位使其成為了析氫反應(yīng)中心。使在CoP納米粒子上氫氣的產(chǎn)生較在CdS納米棒表面更為有效。這些研究結(jié)果表明,磷化物納米材料對于CdS來說是一個(gè)高效助催化劑。在今后的實(shí)際應(yīng)用中,它很有可能成為Pt等貴金屬的替代物。
【關(guān)鍵詞】：磷化鈷 納米材料 硫化鎘 電催化析氫 光催化析氫
【學(xué)位授予單位】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ138.12;O643.3;TQ116.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 前言12-27
• 1.1 引言12-13
• 1.2 氫氣的制備路線13-18
• 1.2.1 氫氣的制備路線概述13-14
• 1.2.2 電催化裂解水制氫機(jī)制14-15
• 1.2.3 光催化裂解水制氫機(jī)制15-16
• 1.2.4 光電化學(xué)法制氫機(jī)制16-18
• 1.3 過渡金屬磷化物納米材料的制備18-21
• 1.3.1 有機(jī)磷化合成途徑19
• 1.3.2 高溫磷化合成途徑19-20
• 1.3.3 電化學(xué)沉積合成途徑20
• 1.3.4 氣-固相反應(yīng)途徑20-21
• 1.4 過渡金屬磷化物納米材料的應(yīng)用21-25
• 1.4.1 加氫脫硫反應(yīng)催化劑21
• 1.4.2 電催化裂解水制氫反應(yīng)催化劑21-24
• 1.4.3 光催化裂解水制氫反應(yīng)催化劑24-25
• 1.4.4 其它方面的應(yīng)用25
• 1.5 本論文研究的目的與意義25-27
• 第2章 具有不同形貌的磷化鈷納米材料的可控制備27-38
• 2.1 引言27-28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分28-31
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器28-29
• 2.2.2 表征儀器29
• 2.2.3 CoP納米塊的制備29
• 2.2.4 CoP納米片的制備29
• 2.2.5 CoP納米棒的制備29-30
• 2.2.6 CoP納米線的制備30
• 2.2.7 制備裝置及操作要點(diǎn)30-31
• 2.3 結(jié)果與討論31-37
• 2.3.1 XRD分析31-33
• 2.3.2 CoP納米塊的形貌分析33
• 2.3.3 CoP納米片的形貌分析33-34
• 2.3.4 CoP納米棒的形貌分析34
• 2.3.5 CoP納米線的形貌分析34-36
• 2.3.6 磷化物納米材料形貌控制路線36-37
• 2.4 小結(jié)37-38
• 第3章 不同形貌CoP納米材料的電催化析氫性能38-46
• 3.1 引言38-39
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分39-40
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器39
• 3.2.2 不同形貌CoP納米材料的可控制備39-40
• 3.2.3 電催化性能測試40
• 3.3 結(jié)果與討論40-45
• 3.3.1 線性伏安掃描分析40-41
• 3.3.2 Tafel斜率分析41-42
• 3.3.3 穩(wěn)定性評估42-43
• 3.3.4 載量分析43-44
• 3.3.5 磷化鈷電催化析氫活性的對比分析44-45
• 3.4 小結(jié)45-46
• 第4章 磷化鈷/硫化鎘復(fù)合材料的制備及其催化性能的研究46-59
• 4.1 引言46-47
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分47-49
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器47-48
• 4.2.2 表征儀器48
• 4.2.3 CoP負(fù)載的CdS納米棒的制備48-49
• 4.2.4 Pt負(fù)載的CdS納米棒的制備49
• 4.2.5 電化學(xué)表征49
• 4.2.6 光催化活性測試49
• 4.3 結(jié)果與討論49-58
• 4.3.1 XRD分析49-50
• 4.3.2 形貌分析50-51
• 4.3.3 XPS分析51-52
• 4.3.4 CoP負(fù)載的CdS納米棒的光催化裂解水制氫活性52-54
• 4.3.5 CoP負(fù)載的CdS納米棒的表觀量子效率54-55
• 4.3.6 光催化制氫機(jī)理分析55-58
• 4.4 小結(jié)58-59
• 第5章 結(jié)論59-60
• 參考文獻(xiàn)60-73
• 致謝73-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況74

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本文編號：792569