【摘要】：氫氣被認(rèn)為是一種非常有前景的可再生能源,有望能滿足日益增長(zhǎng)的能源需求以及緩和因傳統(tǒng)化石燃料的過度消耗而引起的環(huán)境問題。作為最有效的持續(xù)生產(chǎn)氫氣的方式,電解水被認(rèn)為是燃料電池和太陽(yáng)能水電解槽等幾個(gè)清潔能源技術(shù)的核心。而電解水技術(shù)的關(guān)鍵問題是如何獲得高效且廉價(jià)的電極催化劑。最近幾年,納米材料被認(rèn)為是良好的電催化析氫的催化劑,尤其是納米結(jié)構(gòu)的過渡金屬磷化物和層狀過渡金屬硫化物。本論文中,我們合成了CoP/WSe_2和CoP/MoSe_2這兩種復(fù)合納米催化劑,并對(duì)其電化學(xué)析氫性能進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)試。測(cè)試表明,復(fù)合催化劑的電催化性能提高非常明顯,為進(jìn)一步的催化劑的開發(fā)提供了很好的思路。本文的主要研究結(jié)果如下:(1)在第一部分,我們合成了質(zhì)量比不同的CoP/WSe_2復(fù)合物,并通過XRD、SEM、TEM、XPS等表征手段對(duì)復(fù)合物的形貌和價(jià)態(tài)進(jìn)行了表征。通過系統(tǒng)的電化學(xué)測(cè)試,我們對(duì)復(fù)合物的電催化活性進(jìn)行了評(píng)估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所有的復(fù)合物的催化活性都比復(fù)合前的CoP納米顆粒和WSe_2納米片的更高,這表明這兩者之間具有一定的協(xié)同作用。在0.5 M H_2SO_4中,當(dāng)CoP與WSe_2質(zhì)量比為1:1時(shí),復(fù)合物的電流密度最大,在過電勢(shì)為300 mV時(shí),電流密度達(dá)到102.9 mA/cm~2,并表現(xiàn)出非常優(yōu)良的穩(wěn)定性。(2)在第二部分,我們簡(jiǎn)單地將CoP納米顆粒與MoSe_2納米片按不同的質(zhì)量混合超聲,制備出一系列的CoP/MoSe_2復(fù)合納米催化劑,并對(duì)其形貌、價(jià)態(tài)進(jìn)行了測(cè)試。進(jìn)一步的電化學(xué)表明,復(fù)合物的電催化析氫性能都有所提高,其中催化性能最好的是質(zhì)量比3:1(CoP:MoSe_2)時(shí)的復(fù)合物CoP/MoSe_2-3。CoP/MoSe_2-3表現(xiàn)出非常優(yōu)秀的電催化析氫性能,在過電勢(shì)為300 mV時(shí),電流密度達(dá)到155.14mA/cm~2,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未負(fù)載的CoP納米顆粒與MoSe_2納米片。除此之外,CoP/MoSe_2-3還表現(xiàn)出非常優(yōu)良的穩(wěn)定性,是非常優(yōu)秀廉價(jià)的電化學(xué)析氫催化劑。
【圖文】：

天津大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-1 電解池析氫示意圖Figure 1-1 Schematic diagram of electrolytic tank for hydrogen electrolysis基于各類催化材料上析氫反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和研究結(jié)果，對(duì)于電化學(xué)析氫反應(yīng)的機(jī)理，研究人員提出了以下機(jī)理解釋：第一步，吸附反應(yīng)，形成吸附在電極表面的氫原子（Volmer 反應(yīng)）酸性介質(zhì)： H3O++e+M→M-Hads+H2O，堿性介質(zhì)： H2O+e+M→M-Hads+OH ；式中：M 為陰極催化劑；M-Hads為陰極催化劑表面形成的吸附氫原子。第二步，脫附反應(yīng)，在施加電流作用下，吸附氫原子發(fā)生電化學(xué)托付反應(yīng)或復(fù)合脫附反應(yīng)，生成氫氣（Heyrovsky反應(yīng)或Tafel反應(yīng)）通常是（1）化學(xué)脫附（Heyrovsky 反應(yīng)）：在陰極活性層表面，由另一個(gè)H3O+在M-Hads位置上放電生成 H2。酸性介質(zhì)： M-Hads+H3O++e →M+H2+H2O中/堿性介質(zhì)： M-Hads+H2O++e →M+H2+OH 或（2）復(fù)合脫附（Tafel 反應(yīng)）：在陰極活性表面

第一章 文獻(xiàn)綜述派的研究者們則認(rèn)為電化學(xué)脫附步驟為速控步；復(fù)合理論的信步驟為速控步。者們對(duì)于脫附反應(yīng)的反應(yīng)速率各執(zhí)一詞，電催化析氫反應(yīng)的第表面吸附的活性氫原子，并形成反應(yīng)中間體M-Hads，然后再發(fā)生氫氣。因此，，在催化過程中，M-Hads結(jié)合能對(duì)催化劑催化效果ds結(jié)合能越強(qiáng)，吸附反應(yīng)（Volmer 反應(yīng)）的反應(yīng)速度越快，同yrovsky 反應(yīng)或Tafel 反應(yīng)）需要克服的活化能將會(huì)增加，反應(yīng)速率下降，反之亦然。因此，只有在M-Hads結(jié)合能強(qiáng)度適中時(shí)率才能達(dá)到最大。這種氫電極活性與M-Hads結(jié)合能之間的關(guān)系山型效應(yīng)”[9]。
【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】：2018
【分類號(hào)】：TQ116.2;O643.36

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;聚合物涂覆硅納米片可望取代石墨稀[J];中國(guó)粉體工業(yè);2017年02期

2 郝慧;楊云;;金納米片的制備[J];化工技術(shù)與開發(fā);2018年03期

3 朱景春;;二硫化鉬納米片的制備及其研究進(jìn)展[J];科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新;2018年07期

4 李俊怡;梁峰;田亮;張海軍;;類石墨相氮化碳納米片的制備研究進(jìn)展[J];化學(xué)通報(bào);2018年05期

5 趙迪;柯瑞林;鄒雄;毛琳;胡行兵;王金合;;氮化硼納米片制備方法研究進(jìn)展[J];功能材料;2016年12期

6 張震;于翔;劉飛;;產(chǎn)業(yè)化制備石墨烯納米片研究進(jìn)展[J];新型工業(yè)化;2017年01期

7 肖林平;劉敏;周麗萍;賴桂珍;黃錦貴;鐘晨晨;;一步法制備單層二硫化鉬納米片[J];廣東化工;2016年12期

8 邢國(guó)政;靳利娥;解小玲;張康;曹青;;碳納米片的制備、表征及應(yīng)用[J];炭素技術(shù);2016年05期

9 鄒潤(rùn)秋;秦文靜;張強(qiáng);楊利營(yíng);曹煥奇;印壽根;;銀納米片等離子體效應(yīng)增強(qiáng)有機(jī)太陽(yáng)能電池及其性能優(yōu)化研究[J];發(fā)光學(xué)報(bào);2015年07期

10 趙逢煥;;(001)晶面占主導(dǎo)的銳鈦礦TiO_2納米片的制備、表征及光催化性能的研究[J];山東化工;2015年15期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 韓志成;武祥;;生長(zhǎng)在泡沫鎳基底的炸圈狀四氧化三鈷納米片及其較提高的超級(jí)電容器性能[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第三十分會(huì)：化學(xué)電源[C];2016年

2 陸迪燦;倪永紅;;多孔磷化鈷納米片的合成及其超電性能[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第二十九分會(huì)：電化學(xué)材料[C];2016年

3 丁書江;;納米片復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、制備和鋰離子存儲(chǔ)性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第三十分會(huì)：化學(xué)電源[C];2016年

4 張玉倩;張琦;翁麗星;宇文力輝;汪聯(lián)輝;;量子點(diǎn)-二硫化鉬復(fù)合納米片用于癌細(xì)胞的靶向熒光成像和光熱治療[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第三十八分會(huì)：納米生物效應(yīng)與納米藥物化學(xué)[C];2016年

5 梅旭安;梁瑞政;衛(wèi)敏;;超薄水滑石納米片作為藥物載體的研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第三十八分會(huì)：納米生物效應(yīng)與納米藥物化學(xué)[C];2016年

6 董寧寧;李源鑫;馮艷艷;張賽鋒;張曉艷;范金太;張龍;王俊;;過渡金屬硫化物二維納米片的光限幅特性及其理論模擬[A];上海市激光學(xué)會(huì)2015年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2015年

7 紀(jì)穆為;徐萌;劉佳佳;張加濤;;水相腐蝕法制備超薄二維單晶納米片[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第五分會(huì)：分子與固體化學(xué)[C];2016年

8 程裕鑫;吳德峰;姚鑫;丁昆山;周亞楠;;聚乳酸/石墨納米片復(fù)合材料的流變行為[A];第十二屆全國(guó)流變學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2014年

9 楊曉華;楊化桂;李春忠;;{001}晶面主導(dǎo)的銳鈦二氧化鈦納米片的熱穩(wěn)定性研究[A];顆粒學(xué)最新進(jìn)展研討會(huì)——暨第十屆全國(guó)顆粒制備與處理研討會(huì)論文集[C];2011年

10 陳小蘭;師賽鴿;黃藝專;陳美;湯少恒;莫世廣;鄭南峰;;不同表面修飾對(duì)鈀納米片活體行為的影響[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第05分會(huì)：無機(jī)化學(xué)[C];2014年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 記者 劉霞;科學(xué)家利用超薄沸石納米片造出高效催化劑[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

2 本報(bào)記者 李波;二維MoS2納米片研究獲突破提振鉬業(yè)股[N];中國(guó)證券報(bào);2013年

3 記者 王延斌 通訊員 隗海燕;高靈敏度“電子皮膚”可以量產(chǎn)了[N];科技日?qǐng)?bào);2017年

4 馮衛(wèi)東;新型透明塑料薄如紙硬如鋼[N];科技日?qǐng)?bào);2007年

5 本報(bào)記者 張思瑋;讓氫來得更高效些吧[N];中國(guó)科學(xué)報(bào);2019年

6 記者 劉霞;柔性電子材料破碎多次仍可恢復(fù)功能[N];科技日?qǐng)?bào);2016年

7 記者 張曄 通訊員 周偉;又薄又軟的半導(dǎo)體新材料可制微納光電器件[N];科技日?qǐng)?bào);2019年

8 記者 陳超;“光結(jié)構(gòu)”讓水隨環(huán)境變化自由變色[N];科技日?qǐng)?bào);2016年

9 記者 李麗 通訊員 梁維源;深圳大學(xué)打開癌癥治療新思路[N];深圳特區(qū)報(bào);2018年

10 沈英甲;中國(guó)成功研發(fā)全球首類烯合金材料[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 楊雪;三維鉬、鎢氧化物負(fù)極材料的構(gòu)筑及其儲(chǔ)鋰性能研究[D];武漢理工大學(xué);2018年

2 楊帆;層狀錳基富鋰正極材料的合成及其電化學(xué)性能優(yōu)化[D];武漢大學(xué);2017年

3 董宇輝;基于溶液工藝的低維半導(dǎo)體光電探測(cè)器構(gòu)筑及其性能研究[D];南京理工大學(xué);2018年

4 許晨敏;水中典型全氟化合物（PFCs）的吸附及光催化降解研究[D];南京理工大學(xué);2018年

5 張紅偉;層狀過渡金屬化合物的物性研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

6 韓娜;基于金屬納米材料的電化學(xué)二氧化碳轉(zhuǎn)化體系的研究[D];蘇州大學(xué);2018年

7 杜翠翠;鉬基納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合成及能源轉(zhuǎn)換電催化性能[D];吉林大學(xué);2018年

8 胡屹偉;鉭、鈦硫化物與氧化物納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及性能研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

9 師超;微納米片狀磷酸鋅的制備及其對(duì)環(huán)氧涂層防腐性能的影響[D];哈爾濱工程大學(xué);2018年

10 楊文進(jìn);二維鎵系尖晶石氧化物納米材料的制備及其光學(xué)性質(zhì)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張漢強(qiáng);石墨相氮化碳納米片復(fù)合材料的制備及其在傳感器中的應(yīng)用[D];閩南師范大學(xué);2015年

2 肖良平;貴金屬/二維納米片復(fù)合材料的制備與性能研究[D];廈門大學(xué);2017年

3 周重陽(yáng);介孔CuO納米片的制備、表征及其催化氧化CO性能研究[D];武漢理工大學(xué);2018年

4 李揚(yáng)帆;g-C_3N_4/BiOBr復(fù)合材料的制備及光催化性能研究[D];武漢理工大學(xué);2018年

5 劉佳佳;化學(xué)氣相沉積法制備二硫化鉬納米片及其催化性能的研究[D];武漢理工大學(xué);2018年

6 歐道輝;超薄氮化硼納米片的制備及其散熱應(yīng)用[D];廈門大學(xué);2018年

7 趙燦;基于層狀雙金屬氫氧化物制備的二維材料及其應(yīng)用[D];天津大學(xué);2018年

8 范春陽(yáng);軟模板劑輔助合成不同形貌的多級(jí)孔ZSM-5分子篩[D];天津大學(xué);2018年

9 錢佳慧;層狀過渡金屬硒化物及其復(fù)合物的制備與電催化析氫性能的研究[D];天津大學(xué);2018年

10 韓希玲;Ni/NiO異質(zhì)納米片的合成及光輔助電解水性能[D];天津大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2638152