隨著社會的快速發(fā)展,人口的急劇增加,人類對于能源的需求量越來越大。隨之也產(chǎn)生了一系列能源問題和環(huán)境問題:一方面,傳統(tǒng)的化石能源的儲量有限,如果不限制開采,很快就會枯竭;另一方面,隨著化石能源的大量使用,大量污染物對環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)也越來越重。因此,研究和開發(fā)清潔可再生的新能源,是解決解決能源和環(huán)境問題的根本所在。氫氣作為一種高能量密度,清潔可持續(xù)的能源越來越受到人們重視。在眾多解決方案中,電解水制氫被認(rèn)為是最具潛力的候選方案之一。而電解水制氫技術(shù)的關(guān)鍵是尋找一種制備簡單,成本低廉,析氫性能優(yōu)異的電催化劑。Mo₂S₃作為一種過渡金屬硫化物目前研究得還比較少,具有重要的研究意義以及廣泛的應(yīng)用前景。本文通過熔鹽法對高溫固相法進(jìn)行改進(jìn),成功制備了具有海膽狀形貌的高純度Mo₂S₃電催化析氫催化劑,并且通過改性進(jìn)一步挺高其析氫性能。主要內(nèi)容如下:（1）以鉬單質(zhì)、硫單質(zhì)和氯化鈉為原料,通過熔鹽法在較低的溫度條件下快速制備高純度海膽狀Mo₂S₃電催化材料,通過XRD、SEM... 

【文章來源】：南京理工大學(xué)江蘇省211工程院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

水電解槽示意圖

1緒論碩士學(xué)位論文4此時的吸附和脫附過程都相對容易發(fā)生[16]。綜上所訴，尋找一種氫吸附自由能接近零的催化劑并且通過改性提高電催化析氫性能是目前研究的重點。利用密度泛函理論(DFT)計算，Norshov等人計算了各種過渡金屬催化劑材料的氫吸附自由能(ΔGH)，并將實驗測得的不同材料的析氫反應(yīng)交換電流密度(j0)與各自對應(yīng)的氫吸附自由能作圖[17-19]，這就是人們所熟知的“火山圖”，如圖1-2所示。如果一種材料在火山曲線的左側(cè)，則代表氫原子與該催化材料的結(jié)合能太強(qiáng)，反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣分子難以從材料的表面脫附；相反，如果一種材料的在火山曲線的右側(cè)，則代表氫原子與該催化劑表面的結(jié)合能太弱，氫離子難以吸附在該催化劑表面發(fā)生反應(yīng)；只有當(dāng)催化劑材料的位置處于“火山口”附近時，即該催化劑材料的ΔGH接近于零時，析氫反應(yīng)才能獲得較大的交換電流密度，其電催化析氫性能也就表現(xiàn)得最好。因此，人們通常通過計算電催化材料的氫吸附自由能(ΔGH)來預(yù)測該催化劑的電催化析氫性能的優(yōu)劣[20-22]。圖1-2不同材料的交換電流密度j0與氫吸附自由能的變化ΔGH的關(guān)系。Fig.1-2Exchangecurrentdensityj0asfunctionoffreeenergyofhydrogenadsorptionΔGHfordifferentmaterials.1.3.1貴金屬催化劑根據(jù)氫吸附自由能“火山圖”可以發(fā)現(xiàn)，貴金屬類催化劑的位置非常接近“火山頂”，它們的氫吸附自由能非常接近于零，理論上如果用它們作為電催化析氫催化劑其性能將會非常好[23]。并且，通過大量實驗同樣也驗證了貴金屬類電催化材料尤其是Pt系貴金屬材料優(yōu)異的電催化析氫性能[24-27]。雖然，Pt系貴金屬材料是目前最高效的電催化析氫反應(yīng)催化劑，能夠使電催化析氫反應(yīng)的過電位降到很接近零的位置，大大節(jié)約了生產(chǎn)中的電能損耗。但是，由于Pt等貴金屬元素在地球上?

碩士學(xué)位論文海膽狀Mo2S3電催化劑的制備及其電催化析氫性能研究5這極大地提高了電解水產(chǎn)氫的設(shè)備成本，不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。因此，研究開發(fā)一種廉價的、地球儲量豐富的并且具有良好電催化析氫活性的材料對未來氫能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展極其重要。1.3.2二硫化鉬催化劑二硫化鉬（MoS2）作為一種典型的過渡金屬硫化物，具有和石墨類似的層狀結(jié)構(gòu)，片層內(nèi)部鉬硫原子以共價鍵結(jié)合，層與層之間以范德華力結(jié)合[28,29]，一直以來作為一種潤滑劑在工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用[30-32]。在自然界中，二硫化鉬主要以輝鉬礦的形式存在，且儲量豐富。MoS2晶體存在多種結(jié)構(gòu)：2H-MoS2，3R-MoS2，1T-MoS2，1T’-MoS2，他們的物理和化學(xué)性質(zhì)各不相同[33-35]，非常有發(fā)展前景。圖1-3(a)2H-MoS2的晶體結(jié)構(gòu)圖，(b)2H-MoS2的Mo邊緣的氫吸附自由能，(c)2H-MoS2的能帶結(jié)構(gòu)圖，(d)2H-MoS2的層間電子傳遞示意圖。Fig.1-3(a)Crystalstructureof2H-MoS2,(b)FreeEnergyofHydrogenAdsorptiononMo-edge,(c)Bandstructureof2H-MoS2,(d)SchematicDiagramofInterlayerElectronTransferin2H-MoS2.早在1976年，塊體2H-MoS2就被用作電催化劑用于電催化析氫反應(yīng)，但事實上其電催化析氫性能并不理想[36]。直到2005年，人們發(fā)現(xiàn)了植物固氮酶優(yōu)異的析氫活性，而且其析氫活性位點的結(jié)構(gòu)與2H-MoS2的Mo邊緣的結(jié)構(gòu)非常相似，具有非常接近于零的氫吸附自由能[37]。并通過實驗和計算發(fā)現(xiàn)，2H-MoS2只有Mo邊緣具有有較強(qiáng)電催化

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]高性能水電解電極的制備工藝與性能研究[D]. 王亞玲.湖南大學(xué) 2008



本文編號：3618986