【摘要】：隨著環(huán)境污染日益嚴(yán)重,能源危機(jī)日益加劇,人們意識(shí)到可發(fā)綠色可持續(xù)的能源,構(gòu)建新型可再生能源體系的重要性。氫氣作為一種清潔可再生能源,進(jìn)入人們視界,其簡(jiǎn)單、高效的制備方法國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。其中,光電析氫反應(yīng),因其反應(yīng)操作簡(jiǎn)單,生產(chǎn)效率高效,成為制氫的一種重要途徑。在光電析氫反應(yīng)中,催化劑是重要的一部分,然而現(xiàn)在的光電析氫催化劑因其光電轉(zhuǎn)化效率低,反應(yīng)活性低等問題,制約了光電析氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此,開發(fā)一種高反應(yīng)活性,高光利用率,低成本的光電析氫催化劑成為了研究的熱點(diǎn)。二硫化鉬催化劑因此特殊的結(jié)構(gòu)片層,合適的帶隙,是一種有望替代Pt基催化劑的二維非貴金屬陰極催化劑,但是其仍存可見光利用率低,載流子復(fù)合率高,活性位點(diǎn)少等問題。本文為克服二硫化鉬存在的問題,對(duì)二硫化鉬的制備方法進(jìn)行了探究,并根據(jù)不同方法設(shè)計(jì)了兩種二硫化鉬復(fù)合體系,并對(duì)其光電性能經(jīng)行了深入的研究。本文的研究?jī)?nèi)容如下:通過恒電位沉積的方法,成功將二硫化鉬薄膜包裹在納米氧化鋅陣列之上形成了 ZnO@MoS2核殼納米陣列。提高電子與空穴的分離效率,擴(kuò)大了其光吸收范圍和光吸收量,大大提高了 ZnO@MoS2光吸收性能和光電感應(yīng)性能,在0V偏壓下,光感應(yīng)電流達(dá)0.3076 mA cm-2。同時(shí)氧化鋅和二硫化鉬的復(fù)合大大提高了其電化學(xué)活性比表面積,達(dá)23.3 mF cm-2,反應(yīng)活性位點(diǎn)增多,由于氧化鋅的低電阻,高電導(dǎo)率,使其光電析氫性能得到了進(jìn)一步的提高,明場(chǎng)條件下,10 mA cm-2電流密度情況時(shí)的過電位減小到330 mV。以鉬酸銨為鉬源,鎢酸鈉為鎢源,L-半胱氨酸為硫源,采用一步微波水熱法,在ITO玻璃上成功制得了二硫化鉬/二硫化鎢復(fù)合納米片。通過HRTEM、XPS等深入分析了二硫化鉬/二硫化鎢納米片的結(jié)構(gòu)組成,發(fā)現(xiàn)有少許1T-MoS2相生成,這大大提高了二硫化鉬/二硫化鎢納米片的活性位點(diǎn)數(shù)量。此外二硫化鎢的引入,且均勻分散在二硫化鉬之中,與二硫化鉬形成異質(zhì)結(jié),這有利于加快載流子的傳輸,從而提高二硫化鉬/二硫化鎢的光電析氫活性。在上一步的基礎(chǔ)上,采用電沉積-微波水熱的方法制備硫化鉍納米棒,形成二硫化鉬/二硫化鎢/硫化鉍三元復(fù)合體系。又對(duì)引入的硫化鉍與二硫化鉬/二硫化鎢納米片的生長(zhǎng)順序?qū)π阅艿挠绊戇M(jìn)行詳細(xì)分析,認(rèn)為當(dāng)硫化鉍位于底層時(shí),由于硫化鉍納米棒層導(dǎo)電性不佳,反而會(huì)抑制催化劑的析氫性能。當(dāng)硫化鉍位于上層時(shí),其均勻分散在二硫化鉬/二硫化鎢納米片之間,能加速載流子的傳遞,能降低光生電子和空穴的復(fù)合率,使光電析氫性能有明顯的提高,明場(chǎng)條件下,10 mA cm-2電流密度情況時(shí)的過電位減小到285 mV,電催化析氫性能明顯提高。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ426;TQ116.2
【圖文】：

從反應(yīng)式中可以看出水分解反應(yīng)為一個(gè)吸能反應(yīng)，需要吸收２３７．２邋ｋＪ邋ｍｏＫ１的自逡逑由能［１（）］。這就需要持續(xù)提供電能或太陽能來使反應(yīng)不斷進(jìn)行。而在光催化反應(yīng)逡逑中，如圖１－２，，當(dāng)光照射到半導(dǎo)體催化劑上時(shí)，催化劑吸收光子能量，產(chǎn)生光生逡逑電子空穴對(duì)，電子躍遷到導(dǎo)帶上，當(dāng)導(dǎo)帶比析氫電位更負(fù)時(shí)，導(dǎo)帶上的電子就能逡逑與水中的氫離子發(fā)生還原反應(yīng)，析出氫氣。導(dǎo)帶越負(fù)，析氫動(dòng)力學(xué)能越大。同時(shí)逡逑２逡逑

鉬原子周圍有６個(gè)硫原子，每個(gè)硫原子周圍有３個(gè)鉬原子，原子與原子通過共價(jià)逡逑鍵連接，層與層之間由范德華力連接，層間距約為０．６５納米，為六方晶系。又逡逑根據(jù)二硫化鉬層的堆垛順序，將其分為１Ｔ、２Ｈ和３Ｒ相，其堆垛如圖１．３，這里逡逑的１、２、３為單個(gè)晶胞中含有的二硫化鉬的層數(shù)，Ｔ、Ｈ、Ｒ分別為晶體結(jié)構(gòu)：逡逑三角、立方、斜方。１Ｔ相二硫化鋁為金屬相半導(dǎo)體，２Ｈ和３Ｒ為半導(dǎo)體相半導(dǎo)逡逑體。２Ｈ相為穩(wěn)定性，１Ｔ和３Ｒ為亞穩(wěn)相，可以通過加熱轉(zhuǎn)化為２１１相［１７］。逡逑二硫化鉬具有許多優(yōu)秀的性能，比如優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，二硫化逡逑鉬在空氣氣氛下，４００攝氏度以上才發(fā)生氧化，惰性氣體氛圍下，１３００攝氏度以逡逑上發(fā)生氧化，一般不與酸、堿、鹽發(fā)生反應(yīng)。具體性能如下表１－１。逡逑４逡逑

控制、不易混入雜質(zhì)等有點(diǎn)［３３］。Ｑ．邋Ｌｉｕ課題［２３］組分別采用Ｎａ２Ｍｏ０４邋．２Ｈ２０和逡逑（ＮＨ４）６Ｍ0７０２４邋４Ｈ２０作為鉬源，硫脲為硫源，２００邋°Ｃ水熱條件下，反應(yīng)２０小時(shí)逡逑成功制備了邋２Ｈ－ＭｏＳ２和１Ｔ－ＭｏＳ２，如圖１．４，并仔細(xì)研究了兩種二硫化鉬形成的逡逑原理，認(rèn)為在二硫化鉬形成過程中，銨離子嵌入二硫化鉬夾層中是ＩＴ－ＭｏＳｊＢＢ逡逑成的主要因素。１Ｔ－ＭｏＳ２的加入使得原先體系的析氫性能大幅提高。逡逑ｉ■丨邋＿邐４邋ｉ．丨，丨ｉｉ邋■邋ｉ邐ＥＢｔ邋ｌＨ逡逑１０邋２０邋３０邋４０邋５０邋６０邐ＥＩＩ３Ｋ邋＇逡逑２Ｔｈｅｔａ邋（ｄｅｇｒｅｅ）逡逑圖１－４銨離子摻雜的二硫化鉬逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｍ０Ｓ２邋ｄｏｐｅｄ邋ｗｉｔｈ邋ａｍｍｏｎｉｕｍ．逡逑Ｈ．邋Ｈｕａｎｇ課題組Ｍ也采用類似的方法，以（ＮＨ４）６Ｍｏ７０２４邋４Ｈ２０作為鉬源，逡逑硫脲為硫源，以特定比例的乙醇的水溶液作為溶劑，在鼓風(fēng)干燥箱中２００邋°Ｃ，逡逑反應(yīng)２０小時(shí)。成功制得了擁有豐富的平面邊緣結(jié)構(gòu)的二硫化鉬納米片，如圖１＿５逡逑所示。其電催化析氫性能隨著活性邊緣的增多而增大，最高達(dá)：起始電位－８７邋ｍＶ，逡逑塔菲爾斜率４１邋ｍＶ邋ｄｅｃ＇逡逑ｗ．逡逑Ｎａｎｏｆｌｏｗｅｒｓ邐Ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ邐Ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ邐Ｎａｎｏｆｌａｋｅ邋ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ逡逑ｗｉｔｈ邋Ｉｎ－ｐｌａｎｅ邋ｅｄｇｅｓ逡逑圖１－５不同乙醇比例溶劑熱制得的二硫化鉬逡逑Ｆｉｇ邋１－５邋

【參考文獻(xiàn)】

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1 王國棟;蔣麗娟;李來平;劉燕;張新;;二硫化鉬潤(rùn)滑劑應(yīng)用研究進(jìn)展[J];中國鉬業(yè);2013年05期

2 劉寧;王旭珍;徐文亞;郭德才;湯濟(jì)洲;張寶祿;;納/微米二硫化鉬的化學(xué)制備及其催化加氫脫硫應(yīng)用[J];化學(xué)進(jìn)展;2013年05期

3 王艷;黃劍鋒;朱輝;曹麗云;薛小霜;曾燮榕;;微波水熱輔助電沉積法制備Bi_2S_3薄膜[J];無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào);2010年06期

4 盧江波,趙中偉,李洪桂;鎢鉬的硫化反應(yīng)熱力學(xué)分析[J];中國鎢業(yè);2005年04期

5 余海;太陽能利用綜述及提高其利用率的途徑[J];能源研究與利用;2004年03期

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1 陳波;單層和少層二硫化鉬的制備及Co摻雜ZnO薄膜室溫鐵磁性的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

2 張克難;二硫化鉬二維材料及其異質(zhì)結(jié)的制備和光電特性研究[D];中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所);2016年

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2 馬清璇;納米二硫化鉬的制備及電化學(xué)析氫性能研究[D];青島科技大學(xué);2016年

3 牛麗靜;二硫化鉬復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)析氫性能的研究[D];燕山大學(xué);2016年

4 曾甜;二維硫化鉬的化學(xué)氣相沉積法制備及其光電性能研究[D];南京航空航天大學(xué);2016年

5 劉寧;納米二硫化鉬制氫電催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化[D];暨南大學(xué);2015年

6 趙瀟璇;MoS_2及其復(fù)合材料的可控合成與電催化制氫研究[D];中國石油大學(xué)(華東);2014年

7 張嘉芮;脈沖電沉積制備二硫化鉬薄膜及其電催化性能研究[D];重慶大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2758976