【摘要】：氫能被認(rèn)為是21世紀(jì)最有前景的清潔能源之一,氫能的主要載體是氫氣。目前通過電催化/光催化水解產(chǎn)生可持續(xù)的氫氣的方法被廣泛認(rèn)為是最有前景的途徑。水分解反應(yīng)可以分為兩個(gè)半反應(yīng):析氫反應(yīng)(HER)和析氧反應(yīng)(OER),這兩個(gè)反應(yīng)對總體水分解效率至關(guān)重要。其中析氫反應(yīng)相對簡單,析氧反應(yīng)涉及四電子轉(zhuǎn)移過程,動(dòng)力學(xué)較慢,導(dǎo)致水分解反應(yīng)難以進(jìn)行。因此,開發(fā)具有高催化活性的水分解催化劑是十分重要的。過渡金屬元素具有成本低、效率高,穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn),從而使整個(gè)水分解反應(yīng)更切實(shí)可行。本論文主要采用水熱法及硫化法,構(gòu)建Fe基和Ni基催化劑。通過X射線衍射儀(XRD),掃描電子顯微鏡(SEM),透射電子顯微鏡(TEM),紫外可見分光光度計(jì)(UV-Vis),傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR),X射線光電子能譜分析(XPS)等方法對催化劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。最后,利用電化學(xué)工作站對其催化性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。取得的研究成果如下:1、在目前的報(bào)道中,無論是純相的β-FeOOH樣品,還是摻雜Ni和Co的樣品,都被認(rèn)為是用于太陽能水氧化的半導(dǎo)體。在水解反應(yīng)中β-FeOOH—直作助催化劑,本文是第一次直接使用β-FeOOH樣品作為水分解催化劑。以六水三氯化鐵和無水硝酸鈉為前驅(qū)體,并在前驅(qū)體溶液中加入含Ni2+、Co2+的鹽,采用水熱法一步合成了 Ni、Co低含量摻雜的β-FeOOH納米棒。結(jié)合密度泛函理論(DFT)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,(1)β-FeOOH的帶隙2.26 eV。對于Ni-FeOOH和Co-FeOOH,帶隙分別變窄為 0.92 和 0.43 eV;(2)Ni/Co 摻雜后,在 1.0 V(vs.RHE)下 Co-FeOOH,Ni-FeOOH的飽和光電流密度分別為4.71 mA·cm-2和2.55 mA·cm-2,純相β-FeOOH飽和光電流密度是0.69 mA·cm-2,摻雜后樣品的光電流密度均高于純相β-FeOOH。由于帶隙變窄及FeOOH與MOOH(M=Ni或Co)之間的費(fèi)米能級(jí)差異,促進(jìn)光生載流子的分離,進(jìn)而提高β-FeOOH的光催化活性;(3)Ni/Co摻雜的樣品比純?chǔ)?FeOOH的電催化析氧性能好,同時(shí)該催化劑具有很好的穩(wěn)定性。2、大部分的析氫反應(yīng)(HER)總是涉及貴金屬,本文合成了一種新型Fe摻雜NiS2納米片析氫催化劑,具有成本低、高活性和電化學(xué)穩(wěn)定的性能。以NiFe2O4/α-Ni(OH)2化合物及硫粉為前驅(qū)物,通過硫化合成不同摩爾比的Fe摻雜NiS2(Fe-NiS2)納米片。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在NiS2(002)面的表面晶格中的Fe3+摻雜降低了析氫反應(yīng)的活化能,合成的Fe-NiS2樣品表現(xiàn)出良好的電催化析氫性能。其中2%Fe摻雜的催化性能最佳,其Tafel斜率為37 mV dec-1,在10 mA·cm-2時(shí)具有121 mV的過電位。此外,通過相同硫化條件將Fe-NiS2樣品負(fù)載在CdS納米棒的表面上,作為光催化產(chǎn)氫的助催化劑,其中2%FeNiS/CdS的析氫效果最佳,其在可見光下產(chǎn)生3.2 mmol·h-1·g-1的氫氣,比純CdS高46倍。
【圖文】：

１．２．２太陽能制氫逡逑太陽能作為新型可再生的清潔資源，預(yù)計(jì)在將來可替代傳統(tǒng)化石能源。利用太逡逑陽能光催化分解水制氫也是一種有效的途徑。光催化制氫的具體過程如圖１－２所逡逑示，當(dāng)光照射時(shí)，半導(dǎo)體吸收的光照能量大于其價(jià)帶上電子躍遷所需能量時(shí)，半逡逑導(dǎo)體中價(jià)帶上的電子將躍遷到導(dǎo)帶，導(dǎo)帶上會(huì)產(chǎn)生光生電子，相應(yīng)的在價(jià)帶上會(huì)逡逑產(chǎn)生光生空穴。然后光生電子和空穴分別躍遷到半導(dǎo)體顆粒表面，其中具有還原逡逑２逡逑

對于Ａ和Ｂ位上的陽離子，都能被其他元素部分代替，使該氧化物具有可調(diào)的物逡逑理化學(xué)性質(zhì)、催化性質(zhì)等，在電催化產(chǎn)氧方面具有潛在的應(yīng)用性。Ｇａｓｔｅｉｇｅｒ課題逡逑組歸屬了各類鈣鈦礦型析氧催化劑的催化活性如圖１－３所示。逡逑鎳基鈣鈦礦氧化物具有低成本的優(yōu)點(diǎn)，且鎳和含鎳氧化物表現(xiàn)出與貴金屬催逡逑化劑相當(dāng)?shù)奈鲅趸钚�，最近Ｓｔｅｖｅｎｓｏｎ＾５７］課題組合成了純相的ＬａＮｉ０３鈣鈦礦型納逡逑米化合物，并研究了其析氧反應(yīng)活性。當(dāng)加入氮摻雜碳納米管后極大地提高了析逡逑氧反應(yīng)活性，由于鈣鈦礦和碳納米管的納米級(jí)幾何結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了金屬框架的數(shù)量及逡逑電荷轉(zhuǎn)移相互作用，從而提高了活性。Ｚｈｏｕ和ＳｕｎａｒＳ0［５８］等通過在不同溫度分別在逡逑４００，６００和８００邋°Ｃ下加熱，隨后淬火至室溫，獲得具有不同晶體結(jié)構(gòu)的５－ＬａＮｉ０３逡逑鈣鈦礦。研究了鈣鈦礦型５－ＬａＮｉ０３的晶體結(jié)構(gòu)在堿性電解質(zhì)中對氧還原反應(yīng)逡逑（ＯＲＲ）和析氧反應(yīng)活性的影響，結(jié)果表明立方晶型ＬａＮｉＣｈ鈣鈦礦具有更強(qiáng)的雙逡逑功能電催化活性
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O643.36;TQ116.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 楊柳;幾種過渡金屬催化劑的制備及析氧性能研究[D];石河子大學(xué);2016年

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本文編號(hào)：2591274