本文選題：SPE水電解 + MoS_2　； 參考：《天津大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：氫氣作為一種高效清潔的能源載體,被當(dāng)作傳統(tǒng)能源的理想替代者。如何高效可持續(xù)的獲得氫氣是氫經(jīng)濟(jì)循環(huán)中的重要一環(huán)。固體聚合物電解質(zhì)(SPE)電解水被認(rèn)為是可持續(xù)獲取氫氣的有效方法,但是SPE電解槽高昂的成本限制了其大規(guī)模用于制氫。為了降低SPE電解槽的成本,我們需要尋找高效廉價(jià)的析氫催化劑。作為一種非貴金屬化合物,MoS2被當(dāng)作析氫催化劑進(jìn)行了廣泛的研究。本研究采用不同的前驅(qū)體合成兩種不同形貌的MoS2納米材料并對(duì)比其析氫性能,結(jié)果發(fā)現(xiàn)MoS2納米片催化活性高于MoS2納米顆粒。通過溶劑熱法合成以還原氧化石墨烯為載體的MoS2/RGO,該復(fù)合材料在酸性條件下催化活性比MoS2有較大提高,電流密度達(dá)到10 mA cm-2時(shí)的過電位為183 mV,塔菲爾斜率為40.8mV dec-1。通過溶劑熱法合成以還原氧化石墨烯(RGO)為載體的Ni2P和MoS2復(fù)合材料(MoS2-Ni2P/RGO)。使用SEM、TEM及XRD等方法對(duì)所得催化劑材料的表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。在酸性條件下,該復(fù)合材料對(duì)析氫反應(yīng)表現(xiàn)出較高的催化活性和穩(wěn)定性,當(dāng)電流密度為10 mA cm-2時(shí)過電位為160 mV,塔菲爾斜率為35.9 mV dec-1,Ni2P和MoS2之間的協(xié)同效應(yīng)可用氫溢流理論進(jìn)行解釋。MoS2/RGO是一種催化活性較高的非貴金屬析氫催化劑,而Ni2P納米顆粒極大的提高了MoS2/RGO對(duì)析氫反應(yīng)的催化活性。過渡金屬磷化物是另一類被廣泛研究的析氫催化劑。本研究通過固相法合成了Ni2P和CoP納米顆粒,CoP表現(xiàn)出比Ni2P更低的起始電位。經(jīng)過水熱反應(yīng)和低溫磷化反應(yīng)兩步合成了碳紙負(fù)載CoP納米線(CoP/CP),CoP/CP作為三維析氫催化劑,當(dāng)電流密度達(dá)到10 mA cm-2時(shí)過電位為114 mV,塔菲爾斜率為53.5 mV dec-1。經(jīng)過水熱反應(yīng)將一定濃度的氧化石墨烯水溶液轉(zhuǎn)換成石墨烯水溶膠。合成以三維石墨烯為載體的CoP納米線,該復(fù)合材料作為析氫催化劑時(shí)電流密度達(dá)到10 mA cm-2時(shí)的過電位僅為137 mV,塔菲爾斜率為57.6 mV dec-1。無論碳紙還是三維石墨烯作載體都能夠有效提高CoP的催化性能。
[Abstract]:As an efficient and clean energy carrier, hydrogen is regarded as the ideal substitute for traditional energy. How to obtain hydrogen efficiently and sustainably is an important part of hydrogen economic cycle. Solid polymer electrolyte (SPE) electrolytic water is considered to be an effective method for the sustainable production of hydrogen, but the high cost of SPE electrolytes limits its large-scale use in hydrogen production. In order to reduce the cost of SPE electrolysis cell, we need to find efficient and cheap hydrogen evolution catalyst. As a non-precious metal compound, MoS 2 has been widely studied as a catalyst for hydrogen evolution. In this study, two kinds of MoS2 nanomaterials with different morphologies were synthesized with different precursors and their hydrogen evolution properties were compared. The results showed that the catalytic activity of MoS2 nanoparticles was higher than that of MoS2 nanoparticles. MoS _ 2 / R _ (GOA) supported on reductive graphene was synthesized by solvothermal method. The catalytic activity of the composite is higher than that of MoS2 in acidic condition. The overpotential of the composite is 183mV when the current density reaches 10mA cm-2, and the Taffer slope is 40.8mV dec-1. The Ni2P and MoS2 composites were synthesized by solvothermal method with reduced graphene oxide (RGOO) as the carrier, and MoS _ 2-Ni _ 2P / R _ (GOO) composites were synthesized. The surface morphology and crystal structure of the catalyst were characterized by SEM TEM and XRD. The composite exhibited high catalytic activity and stability for hydrogen evolution under acidic conditions. When the current density is 10 Ma cm-2, the overpotential is 160mV, and the Taffer slope is 35.9 MV dec-1n Ni 2P and MoS2, which can be explained by hydrogen overflow theory. Mos 2 / RGO is a non-noble metal hydrogen evolution catalyst with high catalytic activity. Ni2P nanoparticles greatly improved the catalytic activity of MoS2/RGO for hydrogen evolution. Transition metal phosphates are another widely studied hydrogen evolution catalyst. In this study, Ni2P and CoP nanoparticles were synthesized by solid state method, and their initial potentials were lower than those of Ni2P. Carbon paper supported CoP nanowires were synthesized by hydrothermal reaction and low temperature phosphating reaction as three dimensional hydrogen evolution catalysts. When the current density is 10 Ma cm-2, the overpotential is 114mV and the Taffer slope is 53.5 MV dec-1. A certain concentration of graphene oxide aqueous solution was converted to graphene hydrosol by hydrothermal reaction. CoP nanowires supported on three dimensional graphene were synthesized. The overpotential of the composite was 137mV when the current density reached 10mA cm-2 and the Taffer slope was 57.6mV dec-1 when the composite was used as catalyst for hydrogen evolution. Whether carbon paper or three-dimensional graphene as carrier can effectively improve the catalytic performance of CoP.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ116.2;O643.36

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本文編號(hào)：1980169