本文關鍵詞：金屬磷化物納米材料的制備及其電催化制氫性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著能源危機和環(huán)境污染等問題的日益嚴重,發(fā)展可再生能源已經成為全球的共識。作為一種清潔并且可以再生的能源,氫氣一直被認為是未來最具發(fā)展?jié)摿Φ男履茉?越來越受到人們的關注。在目前的眾多制氫技術中電解水制氫對于未來解決能源危機和環(huán)境問題具有極大的價值。氫氣可以經由電解或者光照分解水而獲得。在電解水制氫中,高效的電解水催化劑顯得至關重要。高效的析氫電極材料應具有導電性好、比表面積大、析氫過電位低、電催化活性高、電化學穩(wěn)定性好以及抗腐蝕性強等特點。目前,雖然一些貴金屬催化劑(Pt、Pd等)對于電解水制氫具有優(yōu)異的催化活性,但它的稀缺性和高成本限制了它的廣泛應用。高效并且低成本的析氫電催化劑一直是該研究領域探索的方向。本文通過不同的制備方法合成出結構新穎、性能優(yōu)異的中空多孔的磷化鎳納米球(Ni_3P PHNs)、Co_2P納米片(Co_2P/CuFoam)和磷化鉬納米片(MoP),并研究其形貌結構和析氫性能,得到如下的研究結果:(1)提出一種制備簡單、可量產的多孔中空結構的磷化鎳(Ni_3P)納米球(Porous hollow nanospheres,PHNs)的方法。Ni_3P PHNs是由非晶的鎳磷納米球經過退火后形成的Ni-Ni_3P納米顆粒然后再去除掉鎳而形成的。Ni_3P PHNs在析氫反應中具有較高的催化活性,在酸液中20 mA cm-2(η20)所需的過電位為99mV,在堿性溶液中20 mA cm-2所需的過電位為338 mV。其催化性能優(yōu)于包括過渡金屬硫化物、碳化物、硼化物和氮化物在內的其他金屬磷化物催化劑。其法拉第電流效應接近100%,并且在持續(xù)的電解水過程中保持良好的穩(wěn)定性�？闪慨a,低成本,優(yōu)秀的催化活性和良好的穩(wěn)定性使得Ni_3P PHNs具有廣闊的應用前景。(2)發(fā)展一種通過電化學沉積在泡沫銅基底(Cu Foam)上一步電鍍非晶的Co-P再經由退火和HCl處理獲得Co_2P薄膜的方法。Co_2P/CuFoam具有大的活性表面積、快的電子傳輸率,在酸性溶液中當電流密度為20 mA cm-2和80 mA cm-2時對應的過電位為146 mV和188 mV并且兼具良好的穩(wěn)定性。作為陽極材料Co_2P/CuFoam在電流密度為100 mA cm-2時過電位為310 mV,是理想的雙功能材料。(3)提出了一種由四水合鉬酸銨和磷酸二氫銨一步熱還原反應制備的磷化鉬(MoP)納米片的方法。該納米片是由直徑100 nm的MoP納米顆粒組成的多孔的片狀結構,其橫向尺寸在1mm到5mm之間,厚度在200 nm左右。當MoP混合了碳黑后展現(xiàn)出優(yōu)異的電解水制氫催化性能(HER),在酸性溶液中當電流密度為20 mA cm-2(η20)時過電位僅為155 mV而在堿性溶液中為184 mV。在酸性和堿性溶液中都具有良好的穩(wěn)定性,其法拉第電解效率也接近100%。經過測驗MoP納米片上的Mo和P分別發(fā)現(xiàn)了微弱的正負電荷,這也可能是MoP納米片具備良好的催化活性的原因。
【關鍵詞】：析氫反應 電解水催化劑 磷化鎳中空納米球 磷化鉬納米片 電沉積 磷化鈷
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ116.21;O613.62
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 氫氣的制備11-14
• 1.1.1 化石燃料制氫12
• 1.1.2 催化熱分解碳氫化合物制氫12
• 1.1.3 生物制氫12-13
• 1.1.4 太陽能制氫13
• 1.1.5 電解水制氫13-14
• 1.2 電解水制氫的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 電解水制氫的基本原理15-16
• 1.4 析氫電極材料16-18
• 1.4.1 析氫電極材料的制備16-17
• 1.4.2 影響析氫材料活性的影響因素17-18
• 1.4.3 目前HER催化劑的研究進展18
• 1.5 本文研究的目的以及內容18-21
• 1.5.1 本文研究的目的18-19
• 1.5.2 本文研究的內容19-21
• 第二章 多孔中空的磷化鎳(Ni_3P)納米球的相分離合成及其催化析氫性能的研究21-41
• 2.1 引言21-22
• 2.2 實驗部分22-26
• 2.2.1 實驗儀器和藥品23
• 2.2.2 中空多孔結構的磷化鎳納米球(Ni_3P PHNs)制備方法23-24
• 2.2.3 電化學的表征方法24-26
• 2.3 Ni_3P PHNs結構與形貌的表征26-33
• 2.4 Ni_3P PHNs電化學性能研究33-39
• 2.4.1 Ni_3P PHNs在酸性溶液中的電化學性能33-36
• 2.4.2 Ni_3P PHNs各階段產物性能研究36-37
• 2.4.3 不同退火溫度下Ni_3P PHNs性能研究37-38
• 2.4.4 Ni_3P PHNs在堿性溶液中的電化學性能38-39
• 2.5 本章小結39-41
• 第三章 電沉積法制備分層多孔結構的Co_2P/CuFoam及其析氫和析氧性能的研究41-50
• 3.1 引言41
• 3.2 實驗部分41-43
• 3.2.1 Co_2P/CuFoam復合結構的制備41-42
• 3.2.2 電鍍時間的確定42-43
• 3.3 Co_2P/CuFoam結構與形貌的表征43-45
• 3.4 Co_2P/CuFoam電化學性能的研究45-49
• 3.4.1 Co_2P/CuFoam在酸性溶液中的析氫性能45-47
• 3.4.2 Co_2P/CuFoam在堿性溶液中的析氧性能47-49
• 3.5 本章小結49-50
• 第四章 磷化鉬納米片(MoP)的制備及其電催化析氫性能的研究50-64
• 4.1 引言50-51
• 4.2 實驗部分51
• 4.2.1 實驗儀器和藥品51
• 4.2.2 MoP納米片的制備方法51
• 4.3 MoP納米片制備最佳實驗條件的確定51-54
• 4.3.1 反應的溫度51-53
• 4.3.2 MoP的負載量以及MoP與碳黑的質量比53-54
• 4.4 MoP結構與形貌表征54-57
• 4.5 MoP電化學性能表征57-63
• 4.5.1 酸性溶液中的電催化性能57-62
• 4.5.2 堿性溶液中的電催化性能62-63
• 4.6 本章小結63-64
• 第五章 結論64-66
• 參考文獻66-75
• 致謝75-76
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表論文76

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