非貴金屬基硫族化合物的制備及電化學析氫性能研究
發(fā)布時間：2021-04-09 07:49
隨著社會的高速發(fā)展,能源危機和環(huán)境污染問題已經(jīng)成為當代社會可持續(xù)發(fā)展的障礙。由于清潔性、能量密度高和可再生等特性,氫能被認為是克服人類對化石燃料依賴的一種有前途的替代品。電解水制氫技術由于其操作工藝簡便、易于規(guī)�；彤a(chǎn)氫純度高等優(yōu)點而被認為是將電能轉(zhuǎn)化為化學能的有效、環(huán)保的方法。開發(fā)高效、穩(wěn)定、價格低廉、過電位低的非貴金屬催化劑是當前推動電解水制氫技術發(fā)展的關鍵。本論文采用水熱或溶劑熱法制備了納米銀耳狀Bi2S3/MoS2、納米鐘乳石狀SnS2/CoS1.097/GO、CeO2改性的納米珊瑚狀NiSe2以及Sm2O3改性的層巖狀MoS2催化劑,并通過一系列物理和電化學方法對所制備催化劑的形貌、組成、結構及其在堿性條件下的析氫性能進行了表征。主要研究內(nèi)容如下:（1）以Bi（NO3）3·5H2O和硫代乙酰胺為...
【文章來源】：西南科技大學四川省
【文章頁數(shù)】：89 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
電解水原理示意圖[9]
西南科技大學碩士學位論文4方式的不同，HER機理分為Volmer-Heyrovsky或Volmer-Tafel兩類。根據(jù)其機理差異，決速步也有所不同，通常可根據(jù)Tafel斜率的大小判定HER的決速步驟。當Tafel斜率約為30或40mVdec-1時，其決速步驟為Tafel反應或Heyrovsky反應；當Tafel斜率約為120mVdec-1時，其決速步驟則為Volmer反應。不難看出，不論經(jīng)歷的是哪種反應機理，氫氣的生成與中間態(tài)的Hads有著十分密切的關系。研究表明，催化劑的氫吸附吉布斯自由能（GH）可作為反映催化劑本征HER活性的一個重要參數(shù)[15]。圖1-2所示是催化劑的交換電流密度（j0）和GH的火山關系圖，也被稱為Stabatier原理[16]。從圖中可看出，鉑族貴金屬幾乎位于火山關系圖的頂部，其GH近乎于0，意味著中間體Hads與該類催化劑表面的相互作用力大小適中，利于氫氣的產(chǎn)生，該類催化劑具有最優(yōu)的HER催化活性。但受到稀有性和高昂成本的影響，貴金屬催化劑的大規(guī)模商業(yè)應用受到嚴重阻礙。位于貴金屬左側的催化劑其GH小于0，意味著中間體Hads與催化劑表面的相互作用力過強，盡管吸附步驟容易進行，但H2的脫附較難；反之，位于貴金屬右側的催化劑其GH則大于0，意味著中間體Hads與催化劑表面的相互作用力過弱，導致Hads難以吸附到催化劑表面，進而影響整個HER的進行。近年來，探索GH接近0的非貴金屬基HER催化劑已成為電催化領域的研究熱點之一。圖1-2不同催化劑的交換電流密度與氫吸附吉布斯自由能的火山關系圖[17]Fig.1-2VolcanicrelationshipbetweenexchangecurrentdensityofdifferentcatalystsandGibbsfreeenergyofadsorbedhydrogen1.4.2電解水析氫性能評價參數(shù)為了綜合評價催化劑的電催化HER性能，需要對催化劑進行多種電化學性能測定�；驹u價參數(shù)簡
3納米銀耳狀Bi2S3/MoS2催化劑的制備及析氫性能研究17的醋酸溶液（pH≈3）至溶液pH≈5。繼續(xù)攪拌1h后將其轉(zhuǎn)移至高壓反應釜，置于180°C下反應10h，冷卻至室溫后用去離子水和無水乙醇反復洗滌多次。最后將得到的產(chǎn)物置于60°C下干燥12h，冷卻后進行研磨并裝袋備用。圖3-1納米銀耳狀Bi2S3/MoS2催化劑的制備過程示意圖Fig.3-1Preparationprocessofnanotremella-likeBi2S3/MoS2catalysts（2）納米銀耳狀Bi2S3/MoS2的制備第二步中通過水熱法制備Bi2S3/MoS2催化劑的具體過程如下：稱取一定質(zhì)量（180、300、420和540mg）的Bi2S3前驅(qū)體，加入30mL去離子水，超聲至形成均勻的懸浮液，記為A；稱取一定質(zhì)量（0.64、0.45、0.27和0.091g）的Na2MoO4·2H2O和一定質(zhì)量（0.60、0.50、0.30和0.10g）的硫代乙酰胺于燒杯中，加入30mL去離子水，超聲至完全溶解，得到的溶液記為B。邊攪拌懸浮液A邊將溶液B慢速滴入A中，滴加完成后繼續(xù)攪拌1h，轉(zhuǎn)移至高壓反應釜，200°C下反應24h。冷卻至室溫，用去離子水和無水乙醇反復洗滌，產(chǎn)物于60°C下干燥12h后收集待用。所制備的Bi2S3/MoS2催化劑中Bi2S3和MoS2的理論質(zhì)量比依次為3:7、5:5、7:3和9:1，將其對應標記為BMS-3、BMS-5、BMS-7和BMS-9。MoS2的制備與Bi2S3/MoS2的制備條件一致，具體操作為：稱取0.97gNa2MoO4·2H2O和0.90g硫代乙酰胺于燒杯中，加入60mL去離子水，超聲至完全溶解，攪拌1h后轉(zhuǎn)移至反應釜，200°C下反應24h后用去離子水和無水乙醇交替洗滌多次，60°C干燥12h后收集待用。3.2.2催化劑的表征本章中對材料進行物理表征所用儀器及參數(shù)詳見2.2節(jié)。3.2.3電極的制備和電化學性能測試（1）電極的制備稱取10.0mg活性材料均勻分散到1.0mL體積比為
本文編號：3127234
【文章來源】：西南科技大學四川省
【文章頁數(shù)】：89 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
電解水原理示意圖[9]
西南科技大學碩士學位論文4方式的不同，HER機理分為Volmer-Heyrovsky或Volmer-Tafel兩類。根據(jù)其機理差異，決速步也有所不同，通常可根據(jù)Tafel斜率的大小判定HER的決速步驟。當Tafel斜率約為30或40mVdec-1時，其決速步驟為Tafel反應或Heyrovsky反應；當Tafel斜率約為120mVdec-1時，其決速步驟則為Volmer反應。不難看出，不論經(jīng)歷的是哪種反應機理，氫氣的生成與中間態(tài)的Hads有著十分密切的關系。研究表明，催化劑的氫吸附吉布斯自由能（GH）可作為反映催化劑本征HER活性的一個重要參數(shù)[15]。圖1-2所示是催化劑的交換電流密度（j0）和GH的火山關系圖，也被稱為Stabatier原理[16]。從圖中可看出，鉑族貴金屬幾乎位于火山關系圖的頂部，其GH近乎于0，意味著中間體Hads與該類催化劑表面的相互作用力大小適中，利于氫氣的產(chǎn)生，該類催化劑具有最優(yōu)的HER催化活性。但受到稀有性和高昂成本的影響，貴金屬催化劑的大規(guī)模商業(yè)應用受到嚴重阻礙。位于貴金屬左側的催化劑其GH小于0，意味著中間體Hads與催化劑表面的相互作用力過強，盡管吸附步驟容易進行，但H2的脫附較難；反之，位于貴金屬右側的催化劑其GH則大于0，意味著中間體Hads與催化劑表面的相互作用力過弱，導致Hads難以吸附到催化劑表面，進而影響整個HER的進行。近年來，探索GH接近0的非貴金屬基HER催化劑已成為電催化領域的研究熱點之一。圖1-2不同催化劑的交換電流密度與氫吸附吉布斯自由能的火山關系圖[17]Fig.1-2VolcanicrelationshipbetweenexchangecurrentdensityofdifferentcatalystsandGibbsfreeenergyofadsorbedhydrogen1.4.2電解水析氫性能評價參數(shù)為了綜合評價催化劑的電催化HER性能，需要對催化劑進行多種電化學性能測定�；驹u價參數(shù)簡
3納米銀耳狀Bi2S3/MoS2催化劑的制備及析氫性能研究17的醋酸溶液（pH≈3）至溶液pH≈5。繼續(xù)攪拌1h后將其轉(zhuǎn)移至高壓反應釜，置于180°C下反應10h，冷卻至室溫后用去離子水和無水乙醇反復洗滌多次。最后將得到的產(chǎn)物置于60°C下干燥12h，冷卻后進行研磨并裝袋備用。圖3-1納米銀耳狀Bi2S3/MoS2催化劑的制備過程示意圖Fig.3-1Preparationprocessofnanotremella-likeBi2S3/MoS2catalysts（2）納米銀耳狀Bi2S3/MoS2的制備第二步中通過水熱法制備Bi2S3/MoS2催化劑的具體過程如下：稱取一定質(zhì)量（180、300、420和540mg）的Bi2S3前驅(qū)體，加入30mL去離子水，超聲至形成均勻的懸浮液，記為A；稱取一定質(zhì)量（0.64、0.45、0.27和0.091g）的Na2MoO4·2H2O和一定質(zhì)量（0.60、0.50、0.30和0.10g）的硫代乙酰胺于燒杯中，加入30mL去離子水，超聲至完全溶解，得到的溶液記為B。邊攪拌懸浮液A邊將溶液B慢速滴入A中，滴加完成后繼續(xù)攪拌1h，轉(zhuǎn)移至高壓反應釜，200°C下反應24h。冷卻至室溫，用去離子水和無水乙醇反復洗滌，產(chǎn)物于60°C下干燥12h后收集待用。所制備的Bi2S3/MoS2催化劑中Bi2S3和MoS2的理論質(zhì)量比依次為3:7、5:5、7:3和9:1，將其對應標記為BMS-3、BMS-5、BMS-7和BMS-9。MoS2的制備與Bi2S3/MoS2的制備條件一致，具體操作為：稱取0.97gNa2MoO4·2H2O和0.90g硫代乙酰胺于燒杯中，加入60mL去離子水，超聲至完全溶解，攪拌1h后轉(zhuǎn)移至反應釜，200°C下反應24h后用去離子水和無水乙醇交替洗滌多次，60°C干燥12h后收集待用。3.2.2催化劑的表征本章中對材料進行物理表征所用儀器及參數(shù)詳見2.2節(jié)。3.2.3電極的制備和電化學性能測試（1）電極的制備稱取10.0mg活性材料均勻分散到1.0mL體積比為
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