隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,能源的需求也在不斷增長(zhǎng)�；剂献鳛閭鹘y(tǒng)能源本身儲(chǔ)備匱乏,對(duì)環(huán)境有害,且會(huì)產(chǎn)生大量溫室氣體,因此尋找能替代它的新型能源成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。其中氫能以其來(lái)源豐富、尾氣無(wú)污染、安全性高等優(yōu)點(diǎn)在眾多新型能源中脫穎而出。電解水制氫是理論上最佳的制備辦法,而傳統(tǒng)的氫氣制備方法仍難以擺脫對(duì)化石燃料的依賴(lài)。目前電解水制氫的主要問(wèn)題在于催化劑的成本過(guò)高。降低成本的辦法主要是使用非貴金屬催化劑和向貴金屬催化劑中摻入非貴金屬元素。本文中我們分別從這兩個(gè)方面做了嘗試。（1）以Cu7S4納米片為前驅(qū)體,利用溶劑熱法向納米片中摻入鈷元素。Cu7S4本身沒(méi)有OER催化活性,而摻入一定量的鉆元素后,其表面產(chǎn)生了新的活性位點(diǎn)。堿性溶液中,在電流密度達(dá)到10mA cm-2時(shí),其過(guò)電勢(shì)僅為270 mV。另外該催化劑的塔菲爾斜率與轉(zhuǎn)換頻率也遠(yuǎn)優(yōu)于原Cu7S4納米片。（2）向貴金屬鉑中加入鎳元素,降低催化劑的鉑負(fù)載。結(jié)果顯示,該催化劑在堿性溶液中不僅保持了高HER催化活性,也顯現(xiàn)出鉑所不具備的OER催化活性。在堿性溶液全水解測(cè)試中,商業(yè)催化劑PtC-Ru02的過(guò)電勢(shì)為417.3 mV,改性后的催化劑P... 

【文章來(lái)源】：蘇州大學(xué)江蘇省

【文章頁(yè)數(shù)】：66 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１、（ａ）樣品的ＸＲＤ譜圖，（ｂ）Ｃｕ７Ｓ４和（ｃ）ＣｏＣｕ７Ｓ４－０．０７樣品的ＴＥＭ圖像，其中插入的圖片??時(shí)單個(gè)納米片的圖像，Ｃｄ）ＣｏＣｕ７Ｓ４－０．０７高分辨ＴＥＭ圖像，（ｅ）－（ｈ）ＣｏＣｕ７Ｓ４－０．０７的ＥＤＸ元素分??布圖，包含丫?Ｃｕ，?Ｃｏ和Ｓ元素

第二章鈷摻雜對(duì)〇ｊ７ｓ４電催化氧析出反應(yīng)性能的調(diào)控?低成本電解水催化劑的合成與改性研究??能量色散Ｘ射線光譜（ＳＴＥＭ－ＥＤＸ）元素映射得到的元素分布如圖２．１?（ｄ）?－?（ｈ）。??均勻分布的Ｃｕ、Ｓ和Ｃｏ表明鈷元素是均勻的摻入到Ｃｕ７Ｓ４的納米片中的。對(duì)于高??含量鈷摻雜的樣品（Ｃｏ－Ｃｕ７Ｓ４－０．１４），可以發(fā)現(xiàn)原來(lái)的結(jié)構(gòu)坍塌，并有新的粒子產(chǎn)??生。所發(fā)生的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和產(chǎn)生的副產(chǎn)物可能是導(dǎo)致導(dǎo)電率下降的主要原因，進(jìn)而影??響催化劑的性能［２＜＾４（）］。??首先我們通過(guò)密度泛函理論（ＤＦＴ）計(jì)算得到鈷摻雜對(duì)Ｃｕ７Ｓ４電子結(jié)構(gòu)的影響??（以７．７％的Ｃｕ位置被Ｃｏ取代作為模型）。眾所周知，較高態(tài)密度（ＤＯＳ）的材??料有著快速的電子傳輸能力和優(yōu)良的催化性能，所以我們可以通過(guò)計(jì)算ＤＯＳ來(lái)探??究鈷摻雜后的Ｃｕ７Ｓ４的電子結(jié)構(gòu)變化。基于這個(gè)理念，我們首先對(duì)Ｃｕ７Ｓ４和Ｃｏ－Ｃｕ７Ｓ４??進(jìn)行幾何優(yōu)化，圖２．１?（ａ）是Ｃｕ７Ｓ４晶體的ＸＲＤ譜圖，可以發(fā)現(xiàn)，摻雜后的樣品??與摻雜前的ＸＲＤ圖譜基本一致，說(shuō)明Ｃｕ７Ｓ４晶體結(jié)構(gòu)模型得到了合理的優(yōu)化。如??圖２．２?（ａ）和圖２．２?（ｂ）所示，優(yōu)化后的Ｃｏ－Ｃｕ７Ｓ４總能量為－７４１．８１ｅＶ，遠(yuǎn)低于優(yōu)??化前的Ｃｕ７Ｓ４，說(shuō)明優(yōu)化后的樣品具有更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。由ＤＦＴ計(jì)算結(jié)果（圖２．２??（ｃ）和圖２．２?（ｄ））可以看出Ｃｕ７Ｓ４和Ｃｏ－Ｃｕ７Ｓ４的態(tài)密度在費(fèi)米能級(jí)附近是連續(xù)??的，表明它們具有金屬特性。??當(dāng)龜??７、?Ｅ?＝－７１３．７８?ｅＶ?Ｅ?＝－７４１．８１?ｅＶ??（ＣＬ?—?（ｄ＞７５＃１?（ｅ）１Ｍ??Ｃｕ７ｓ４?Ｃｏ－Ｃｕ７Ｓ４?，?Ｈ

低成本電解水催化劑的合成與改性研究?第二章鈷摻雜對(duì)Ｃｕ７Ｓ４電催化氧折出反應(yīng)件能的調(diào)控??雖然優(yōu)化后的催化劑銅的態(tài)密度會(huì)減少，但是在費(fèi)米能級(jí)附近，我們可以見(jiàn)到??Ｃｏ－Ｃｕ７Ｓ４的態(tài)密度比初始的Ｃｕ７Ｓ４要高，這主要得益于摻雜的鈷原子的貢獻(xiàn)。說(shuō)明??鈷的摻雜增加了載流子的濃度，也提高了催化劑的導(dǎo)電性。為了證實(shí)這個(gè)理論預(yù)測(cè)，??我們進(jìn)行了與溫度相關(guān)的電阻實(shí)驗(yàn)。如圖２．２?（ｅ）所示，電阻隨著溫度的升高而逐??漸增大，說(shuō)明鈷摻雜的Ｃｕ７Ｓ４具有金屬性。并且和純的Ｃｕ７Ｓ４相比，鈷摻雜后的樣??品顯示出較低的阻抗，與理論研究中的結(jié)果相同。此外，我們還測(cè)試了材料的可見(jiàn)??近紅外吸收光譜（圖２．３）。與純的Ｃｕ７Ｓ４相比，Ｃｏ－Ｃｕ７Ｓ４－０．０７在近紅外區(qū)域擁有??更高的吸光強(qiáng)度，這是由于后者只?？有更高的自由載流子帶內(nèi)吸收強(qiáng)度。增強(qiáng)的近紅??外局域表面等離子體共振（ＬＳＰＲ）說(shuō)明鈷摻雜后樣品的Ｑ由載流子濃度得到提高??｜４Ｍ３１。這使得Ｃｏ－Ｃｕ７Ｓ４－０．０７納米片Ｗ更快的電７轉(zhuǎn)移速韋和更多的導(dǎo)電途徑，這??使得它在ＯＥＲ催化過(guò)程中有更快的動(dòng)力學(xué)和史好的性能｜Ｗ４１。??０．９６?－Ｉ???Ｉ??＼／?－－??＼?／?ｒ〇－ｒｕｒｓ４－ｏ．〇７??０．８０?－Ｊ???，?．?，——￣￣？?，?？???８００?９００?丨?０００?１１００?１２００??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??圖２．３、Ｃｏ－Ｃｕ７Ｓ４－０．０７和Ｃｕ７Ｓ４的近紅外吸收光譜圖。??利用Ｘ射線光電子能譜（ＸＰＳ）進(jìn)－－步分析了合成的Ｃｏ－Ｃｕ７Ｓ４－０．０７催化劑與??純Ｃｕ７Ｓ４電催化劑的表面化學(xué)狀態(tài)


本文編號(hào)：3029021