氫能是取代傳統(tǒng)化石燃料的最佳能源之一,電解水一直被認(rèn)為是獲取氫能的理想途徑。為了降低獲取氫能的成本,開(kāi)發(fā)高經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)氫催化劑迫在眉睫。過(guò)渡金屬硒化物由于其特殊的物理和化學(xué)性質(zhì),被認(rèn)為是潛在的析氫催化劑。在眾多硒化物當(dāng)中,Co Se₂擁有良好的催化活性,是極具潛力的產(chǎn)氫催化劑。然而,純Co Se₂化合物過(guò)電位高,低穩(wěn)定性,不適合大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。因此,本文以Co Se₂基材料作為研究對(duì)象,構(gòu)建不同的Co Se₂基復(fù)合材料以降低材料過(guò)電位,增強(qiáng)穩(wěn)定性,最終達(dá)到提升材料析氫性能的目的。本文的研究?jī)?nèi)容主要如下:1、將鉬酸鈷（Co Mo O₄）納米棒作為前驅(qū)體水熱得到的Co Se₂納米花狀結(jié)構(gòu)與氧化石墨烯復(fù)合,進(jìn)一步水熱制備出Co Se₂/r GO氣凝膠復(fù)合材料。Co Se₂與石墨烯復(fù)合后,可以有效改善Co Se₂固有的堆積、團(tuán)聚,增加活性位點(diǎn)的數(shù)目,為電荷提供更多的轉(zhuǎn)移通道。在酸性條件下,復(fù)合材料... 

【文章來(lái)源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁(yè)數(shù)】：60 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

部分常見(jiàn)元素的氫吸附自由能[6]（GH*）

5位附近），進(jìn)行反復(fù)掃描（500圈-5000圈），對(duì)比前后的線性掃描曲線以評(píng)價(jià)材料的穩(wěn)定性，當(dāng)線性掃描曲線幾乎沒(méi)有變化時(shí)，材料則用良好的穩(wěn)定性。電化學(xué)阻抗可用來(lái)分析電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及電極/電解液界面的反應(yīng)[12]。其中電荷轉(zhuǎn)移電阻（Rct）值的大小與阻抗圖中高頻區(qū)半圓的半徑大小成正相關(guān)，并且該值越小，材料導(dǎo)電性越好，催化活性越高。而溶液電阻（Rs）等于電化學(xué)阻抗曲線中虛部為零時(shí)對(duì)應(yīng)實(shí)部的絕對(duì)值，該值常用于i-R補(bǔ)償（E=EO-iRs）。在測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試的結(jié)果會(huì)受到對(duì)電極以及參比電極的影響，因此，這里簡(jiǎn)要介紹電極選擇的注意事項(xiàng)。對(duì)電極可以選擇任何導(dǎo)電的惰性材料，常見(jiàn)的有碳棒電極和鉑片電極，鑒于鉑片在測(cè)試過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)溶解并污染工作電極，進(jìn)而影響測(cè)試結(jié)果，碳棒電極則成為最常用的對(duì)電極。常見(jiàn)的參比電極有Hg/HgO電極、Ag/AgCl電極、飽和甘汞電極、標(biāo)準(zhǔn)氫電極。在酸性條件下，常用飽和甘汞電極和Ag/AgCl電極作為參比電極；而堿性條件下，這兩個(gè)電極會(huì)析出氯離子導(dǎo)致電位發(fā)生變化，因此選擇Hg/HgO電極作為參比電極。1.3過(guò)渡金屬硒化物在電解水上的應(yīng)用目前商業(yè)上常用鉑基材料作為電解水產(chǎn)氫催化劑，但是它價(jià)格昂貴，地球上儲(chǔ)量稀少，這嚴(yán)重限制了它在商業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用。因此，許多科研人員已經(jīng)開(kāi)始致力于開(kāi)發(fā)新的無(wú)貴金屬產(chǎn)氫催化劑。目前可用于作為產(chǎn)氫催化劑的元素如圖1-2所示，分別為貴金屬鉑、過(guò)渡金屬元素、非金屬元素。由于產(chǎn)氫催化劑需要有一定導(dǎo)電性，并且過(guò)渡金屬單質(zhì)無(wú)法在電解液下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定存在，所以過(guò)渡金屬化合物逐漸被預(yù)選為產(chǎn)氫催化劑進(jìn)行展開(kāi)研究。圖1-2產(chǎn)氫催化劑的組成元素[13]

6有報(bào)道指出二硫化鉬（MoS2）的邊緣在理論上擁有與鉑相近的氫吸附自由能，這意味著二硫化鉬很有可能作為新的產(chǎn)氫催化劑[14]。而在此之后，有很多關(guān)于二硫化鉬或者是硫化物的研究陸續(xù)被報(bào)道出來(lái)，不管是理論上還是實(shí)驗(yàn)研究都一致得出它們擁有良好的電催化活性[15-17]。如Wang等人采用一步水熱法制備了由垂直取向的MoS2超薄納米薄片在石墨薄片上組裝而成的氨插花狀電催化劑膜，該種催化劑擁有良好的產(chǎn)氫活性[18]。Wu等人設(shè)計(jì)了具有高活性位點(diǎn)密度的二維二硫化鉬納米片(NSs)，研究了退火溫度對(duì)二硫化鉬催化劑微觀結(jié)構(gòu)和熱影響性能的影響，并得出在550℃下獲得的MoS2NS電催化劑性能最佳[19]。硒元素與硫元素同在VIA主族，它們有不少共同點(diǎn)（如相同的最外層外電子數(shù)），這意味著有類(lèi)似的化學(xué)性質(zhì)。據(jù)報(bào)道，與硫原子相比，硒原子有以下優(yōu)點(diǎn)：1、更小的電離能；2、更顯著的金屬性（更好的導(dǎo)電性）；3、更大的原子半徑[13]。這些優(yōu)點(diǎn)反映出硒化物比硫化物可能擁有更加優(yōu)異的電催化活性。近些年來(lái)，許多關(guān)于過(guò)渡金屬硒化物的研究逐漸被報(bào)道；有報(bào)道指出CoSe2是眾多硒化物當(dāng)中催化活性最好的材料[20]。Kong等人在碳纖維紙上生長(zhǎng)了CoSe2納米顆粒（如圖1-3）；該電催化劑不僅擁有很低的過(guò)電位還擁有很好的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性[21]。另外，Gao等人在二硒化鈷表面原位生長(zhǎng)二硫化鉬得出一種反應(yīng)性強(qiáng)，活性高的催化劑（如圖1-4），并表現(xiàn)出極強(qiáng)的析氫活性[22]。圖1-3CoSe2的(a)晶體結(jié)構(gòu)圖，(b)成品照片，(c)SEM圖，(d)高分辨SEM圖[21]


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