發(fā)布時間：2021-09-29 16:01

　　氫能由于高熱值和無污染的特性成為解決能源和環(huán)境問題的重要能源,在眾多的產(chǎn)氫反應中,電催化析氫反應由于原料易得和清潔的特點成為最優(yōu)良的產(chǎn)氫途徑,其催化劑主要為價格昂貴、儲量極低的鉑基催化劑,開發(fā)一種具有高催化活性且價格低廉的催化劑成為亟待解決的問題。本課題的研究重點在于制備具有高電催化析氫性能的復合結構過渡金屬磷化物。選擇金屬有機骨架材料、羥基氧化物和合金材料不同類型前驅體,制備不同結構的復合結構雙金屬磷化物。通過改變磷化物的組成和結構,探究了組成和結構對于過渡金屬磷化物電催化析氫反應催化性能的影響,體現(xiàn)了組成和結構雙調控的實驗思路。實驗中,首先用溶劑熱法合成金屬有機骨架材料（FeCo-MIL88）,經(jīng)過高溫碳化和低溫磷化過程,制備了 FeCo@FeCoP@C多層中空納米球材料,該材料在酸性條件下具有優(yōu)越的電催化析氫反應性能,電流密度10 mA/cm2下過電勢僅為66 mV,優(yōu)于多數(shù)文獻報道,且該材料具有良好的穩(wěn)定性。將其與制備的Fe@FeP@C和Co@CoP@C材料進行活性對比,證明協(xié)同作用導致的組成效應對電催化析氫反應的影響;與直接磷化產(chǎn)物FeCoP-direct對比,證明了該結構的... 

【文章來源】：北京化工大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：134 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２?（Ａ）和（Ｂ）?ＰｔＣｕ合金透射電子顯微鏡圖，??（Ｃ）?ＰｔＣｕ合金合成理，（Ｄ）?ＰｔＣｕ金曲［８］??

?第一章緒論???納米材料的形貌同樣是影響其催化性能的重要因素之一，Ｄｅｎｇ等１４８］合成Ｃ〇２Ｐ納??米棒、Ｃｏ２Ｐ／ＣｏＰ納米鏈和ＣｏＰ納米顆粒三種不同形貌的磷化鈷材料（圖１－５），并在??相同條件下進行電催化析氫性能測試，測試結果表明磷化鈷納米棒具有最好的ＨＥＲ??性能，其在電流密度ｌＯｍＡ／ｃｍ２下過電勢僅為８７?ｍＶ，而鏈狀磷化鈷和納米顆粒磷化??鈷在電流密度１０?ｍＡ／ｃｍ２下過電勢分別為１３１?ｍＶ和２１４?ｍＶ，其活性差異的主要原因??在于一維納米棒狀結構具有更大的表面積和更強的導電性，因而在電催化析氫過程中??可以暴露更多的催化活性位點和增強電子傳輸能力。??■ｉＢｉ?畫??圖１－５透射電子顯微鏡圖：磷化鈷（ａ）、（ｄ）納米棒，（ｂ）、（ｅ）納米鏈，（ｃ）、（ｆ）納米顆粒［４８］??Ｆｉｇ．?１－５?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ：?（ａ）?ａｎｄ?（ｄ）?Ｃ０２Ｐ?ｎａｎｏｒｏｂｓ，?（ｂ）?ａｎｄ?（ｅ）?Ｃ０２Ｐ／Ｃ０Ｐ?ｎａｎｏｃｈａｉｎｓ，?（ｃ）?ａｎｄ?（ｆ）ＣｏＰ??ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ?＾??優(yōu)良的ＨＥＲ催化劑除了應具備較低的過電勢，還應具有良好的電催化穩(wěn)定性，??具體指其在經(jīng)過長時間的電催化析氫反應后性能僅有少量衰減，目前多數(shù)文獻報道的??電催化析氫材料在經(jīng)過長時間的電催化析氫反應后ＨＥＲ性能均有不等的衰減，但??Ｃｈｅｎ等％在低溫下以ａ－Ｆｅ２０３作為金屬源、次磷酸鈉作為磷源合成ＦｅＰ納米顆粒，該??ＦｅＰ顆粒具有良好的ＨＥＲ穩(wěn)毖性，０．５?ｍｏｌ／Ｌ?Ｈ２Ｓ０４溶液中在電流密度為１０?ｍＡ／ｃｍ２??時其過電勢為１５４ｍＶ，然而在經(jīng)過穩(wěn)定性測試后，１０ｍＡ／ｃｍ２下逢電勢為１５

?北京化工大學專業(yè)碩士學位論文???硫酸鈉溶解于去離子水中后，加入已預處理的碳布，利用水熱法合成鐵鈷比不同的前??驅體，隨后以次磷酸鈉為磷源，３００?°Ｃ下低溫磷化得到不同鐵鈷比的ＦｅｘＣ〇１．ｘＰ納米??棒（如圖１－６所示），對其進行酸性ＨＥＲ催化性能測試，ＦｅＣｏＰ展現(xiàn)出最優(yōu)的電催化??析氫性能（圖ｌ－６ｄ），在電流密度為１０ｍＡ／ｃｍ２時該材料的過電勢僅為３７ｍＶ，與商??業(yè)Ｐｔ／Ｃ材料性能十分接近。此外，為探宄不同鐵鈷比對ＨＥＲ性能的影響，Ｃｈｅｎ等同??時還利用ＤＦＴ計算出不同鐵鈷比的鐵鈷磷化物的氫吸附自由能（圖ｌ－６ｅ），經(jīng)過計算??ＦｅＣｏＰ具有與商業(yè)Ｐｔ／Ｃ相似的氫吸附自由能，該工作從實驗和計算兩方面證實ＦｅＣｏＰ??具有與Ｐｔ相似的電催化析氫活性。Ａｌｓｈａｒｅｅｆ等Ｉ５４］將泡沫鎳作為載體合成雙金屬磷化??物ＮｉＣｏＰ，并通過ＤＦＴ計算得出與Ｎｉ２Ｐ相比，雙金屬磷化物ＮｉＣｏＰ具有與Ｐｔ類似的??氫吸附自由能，因而在理論上具有更好的ＨＥＲ性能，該結論與實驗結果一致，進一??步證實了過渡金屬磷化物之間的協(xié)同作用會提升ＨＥＲ反應活性。基于過渡金屬磷化??物之間的協(xié)同作用，Ｚｈａｎｇ等［５５］設計合成一系列不同比例的（ＣｏＰ）ｘ－（ＦｅＰ）ｕｘ納米棒，由??于獨特的一維結構的優(yōu)勢和磷化鐵與磷化鈷之間的協(xié)同作用，納米棒結構催化劑??（ＣｏＰ）〇．５４－（ＦｅＰ）ａ４６呈現(xiàn)出良好的ＨＥＲ性能，在酸性條件下僅需５７?ｍＶ的過電勢就可以??達到ｌＯｍＡ／ｃｍ２的電流密度，且具有良好的穩(wěn)定性。??—ｉ；國＾?ｍ－Ｍｒｎ??羼屬還羼??＾?ｆｉ?！：｜＼邊，｜：??Ｉ＊１００＇?／１／?Ｉ?－０．１０??－


本文編號：3414007