當(dāng)今,全球能源的需求日益增長,加上化石燃料的過度開采和使用已經(jīng)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,促使人們對各種清潔能源和開發(fā)可持續(xù)能源技術(shù)的追求進(jìn)行了深入的研究。由于氫分子具有最高的單位質(zhì)量能量密度,并且在燃燒時生成的物質(zhì)是水,并且具有高效率、低成本和環(huán)境友好性,因而被認(rèn)為是最理想的清潔能源,所以有關(guān)電催化劑的研究吸引了越來越多的目光。Ru_xSe納米粒子由于具有非常高效的電催化性能,而成本僅為Pt的1/25,性能與之相當(dāng),因此其吸引了越來越多的關(guān)注。但是Ru_xSe納米粒子比較容易堆積和聚合,使得其電催化性能受到了抑制。本文對其的空間進(jìn)行優(yōu)化,在一定程度上使其分布均勻,從而提高了復(fù)合材料的整體電催化性能。取得研究成果如下:1、采用簡單的水熱法制備了Ru_xSe納米粒子,將合成的產(chǎn)物對其進(jìn)行不同溫度的煅燒,最后將Ru_xSe滴涂在商用碳纖維紙上,其在堿性介質(zhì)中具有高效的析氫電催化活性。電流密度為10 mA cm^-2時過電勢僅為25.3 mV,Tafel斜率為42.4 mV dec^-1

【文章來源】：遼寧石油化工大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

電解水原理圖

4圖1.2電催化劑組成元素Fig.1.2Electrocatalystconstituentelements1.3.1貴金屬電催化劑Pt，Ru，Rh，Ir和Pd的鉑族金屬(PGMs)已經(jīng)被證明是優(yōu)異的析氫電催化劑。其中，鉑族金屬(PGMs)在電解質(zhì)中最高效并穩(wěn)定的析氫電催化劑。但是由于其高成本和儲量稀缺，這一缺點大大限制了它們在大規(guī)模工業(yè)中的應(yīng)用。1.3.2非貴金屬電催化劑在過去幾十年中，為了研究出性能優(yōu)異的電催化劑來替代PGM，研究人員對各種非貴重金屬催化劑進(jìn)行了HER的研究。但是，普遍來看非貴金屬電催化劑的催化活性或穩(wěn)定性還不盡人意。對非貴金屬的電催化劑進(jìn)行活性對比，發(fā)現(xiàn)非貴金屬中催化活性較好順序為Ni>Mo>Co>W>Fe>Cu[14]。為了提高非貴金屬的性能，Raj使用電沉積方法[15]，在鋼基底上制備了幾種二元Ni基合金。測試結(jié)果表明合金的催化活性按NiMo>NiZn>NiCo>NiW>NiFe>NiCr。NiMo合金不僅顯示出最高的催化活性，而且顯示出最佳的穩(wěn)定性。因此，二元或三元Ni-Mo合金被認(rèn)為是具有高活性和低電阻并且良好穩(wěn)定性的催化劑[14]。1.3.3過渡金屬硫化物電催化劑長期以來鉬和硫族化合物一直被認(rèn)為是加氫脫硫(HDS)的催化劑[16]。由于HDS和HER都包含吸附的氫原子作為催化中間體，所以探索HDS催化劑(如MoS2)在析氫電催化中的催化活性。Xie課題組通過設(shè)計合成最終制得MoS2納米片[17]，合成的MoS2具有富缺陷特點，這些富缺陷可以暴露出更多的活性位點。合成獲得的MoS2納米片具有優(yōu)異的性

6圖1.3CoP/CC、CC、Pt/C的性能及CoP/CC穩(wěn)定性Fig.1.3PerformanceofCoP/CC,CC,Pt/CandCoP/CCstability1.4論文的主要研究內(nèi)容及意義電催化劑的應(yīng)用研究令人興奮，但仍然存在許多挑戰(zhàn)。本文旨在通過減少昂貴的金屬，有毒或腐蝕性試劑的使用，通過調(diào)節(jié)溫度，條件來合成低成本、高效的電催化劑，以減小過電勢、降低析氫動力學(xué)，以提高析氫電催化活性。合成的RuxSe納米粒子容易聚集，減少催化位點活性，從而削弱納米顆粒電催化劑的整體性能，因此優(yōu)化納米顆粒，提高其分散性進(jìn)而促進(jìn)催化劑的析氫活性。具體內(nèi)容如下：(1)采用水熱法合成RuxSe納米粒子，之后對其進(jìn)行高溫灼燒，探究其最佳活性的適宜溫度，最后制備成電極。由于Ru對于水分子具有加速分解的作用，并且Se又可以增加活性位點吸附過渡態(tài)H，另外所用基底為碳纖維紙，具有較大的表面積，所以該電催化劑具有良好的催化活性。利用XRD、SEM、TEM、HRTEM、XPS等方式對其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)進(jìn)行分析，并利用電化學(xué)工作站對其電催化性能進(jìn)行分析，解釋RuxSe納米粒子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，并探究適宜的溫度。(2)利用陽極氧化法合成得到二氧化鈦納米管陣列，之后將第一個體系合成的RuxSe納米粒子與之進(jìn)行復(fù)合，得到RuxSe@TNA點催化劑。由于RuxSe納米粒子容易團(tuán)聚，因此合成具有較大的比表面積和定向電荷轉(zhuǎn)移通道的TiO2納米管陣列。RuxSe納米粒子與其復(fù)合，可以均勻的負(fù)載其上面，雜化使得催化劑可以提供更多的活性位點。采用XRD、SEM、TEM、HRTEM、XPS、BET等方式對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，并利用電化學(xué)工作站對其電催化性能進(jìn)行分析，最終解釋RuxSe@TNA結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。(3)通過利用簡單的水熱法一步合成MoS2納米片，之后將RuxSe納米粒子與MoS2納米片進(jìn)行第二步水熱合成，最終得到RuxSe@MoS2電催化劑。MoS2可以?

【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]鎳基硫族納米材料的制備、表征及其電催化產(chǎn)氫應(yīng)用[D]. 唐春.西華師范大學(xué) 2016



本文編號：3225828