【摘要】：隨著越來越嚴(yán)重的環(huán)境危機(jī)和能源短缺,人們越來越意識到清潔高效能源在社會的發(fā)展中的重要作用,氫氣因其獨(dú)一無二的優(yōu)勢備受關(guān)注,而電解水制備氫氣是常見的方式,因此,電催化析氫反應(yīng)(hydrogen evolution reaction,HER)中的催化劑的研究具有重要意義。同時(shí)考慮到能源使用的限制性,像超級電容器、電池等能源存儲器件也亟待發(fā)展。過渡金屬二硫?qū)倩?Transition metal dichalcogenides,TMDs)由于在電催化,光催化,能源存儲等方面的優(yōu)異表現(xiàn)近年來廣被研究。二硒化鉬(MoSe2)作為一種典型層狀TMD具有重要研究價(jià)值,雖然其廉價(jià)易得,但是平庸的導(dǎo)電性及被限制的活性位點(diǎn)數(shù)目大大限制了這類材料的應(yīng)用。因此調(diào)整MoSe2的微結(jié)構(gòu)使其擁有更好的導(dǎo)電性及暴露出更多活性位點(diǎn),從而表現(xiàn)出更優(yōu)的電催化性能。本論文一方面基于之前的工作調(diào)控富鉬相超薄MoSe2納米片的缺陷,并探索相應(yīng)超級電容和電催化性能,另一方面通過實(shí)驗(yàn)探索改進(jìn),獲得更薄,導(dǎo)電性更好的MoSe2材料,并測試其性能。本論文主要內(nèi)容如下:1、發(fā)展了一種液相合成調(diào)控N摻雜MoSe2,使其具有單層或幾層的形貌特點(diǎn),從而暴露出更多邊緣活性位點(diǎn),并且由于N摻雜帶來結(jié)構(gòu)的改變,其呈現(xiàn)出1T-2H物相特征。因?yàn)?T相為金屬相,2H為半導(dǎo)體相,因而摻雜改變了材料的本征電子結(jié)構(gòu)提高了材料的導(dǎo)電性。這種N-MoSe2表現(xiàn)出優(yōu)異的HER活性,其起始過電勢為45 mV,塔菲爾斜率為38 mV dec-1,并且表現(xiàn)出良好的電化學(xué)穩(wěn)定性,在10h的j-t測試中電流變化較小。該樣品合成方法簡單,并同時(shí)實(shí)現(xiàn)了材料的導(dǎo)電性提高和反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目的增加,為合成高效電催化劑提供新的思路和想法,也促進(jìn)新型TMD催化劑的產(chǎn)生。2、探索缺陷對富鉬相超薄MoSe2納米片的超級電容性能及析氫反應(yīng)的影響。MoSe2的邊緣Se缺陷被公認(rèn)為是HER的活性反應(yīng)位點(diǎn),而另一方面,載流子傳輸能力和材料的比表面積是影響贗電容的主要因素。通過研究MoSe2的缺陷與其電催化性能的關(guān)聯(lián),探索影響MoSe2的超級電容性能的因素以及不同缺陷濃度對應(yīng)的HER性能。實(shí)驗(yàn)表明,隨著缺陷濃度的增加,MoSe2的超電性能也成增長趨勢。缺陷濃度隨著溫度的升高而增加。樣品在300° C下制備的樣品在1A/g的3 mol/L KOH中達(dá)到了466.7 F/g的最佳性能。且HER活性也隨之提高。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ116.2;TB383.1;TQ426
【圖文】：

的研宄呈指數(shù)發(fā)展。過渡金屬二硫?qū)倩铮ǎ裕停模螅┦且活惖湫偷膶訝罨衔铮肿渝义鲜綖椋停兀�，其中Ｍ為過渡金屬元素（Ｍｏ，Ｒｅ等），Ｘ為硫?qū)僭兀ǎ�，Ｓｅ等），晶體逡逑結(jié)構(gòu)如圖１．１所示。［８］其中１Ｔ和２Ｈ是常見結(jié)構(gòu)。前者表現(xiàn)出金屬性，后者為半逡逑導(dǎo)體相。因其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)，ＴＭＤｓ在光電、催化、能源存儲和轉(zhuǎn)化上有著重要逡逑的應(yīng)用，尤其在電催化領(lǐng)域。逡逑３Ｒ逡逑，ａ）邐，ｂ，邐（ｃ＞邐（ｄＪ邐⑷技ｊ＃，逡逑１Ｈ邐１Ｔ邐Ｏｓｌｏｒｔｅｄ邋１Ｔ邋２Ｈ逡逑ｔ／邋＾逡逑圖１．１邋ＴＭＤ的晶體結(jié)構(gòu)示意圖Ｗ逡逑設(shè)計(jì)不同的合成方案從而獲得具有想要的結(jié)構(gòu)、尺寸、厚度、晶型、缺陷狀態(tài)逡逑和表面性質(zhì)的ＴＭＤｓ，對進(jìn)一步學(xué)習(xí)它們的物理、化學(xué)、電子、光學(xué)性質(zhì)以及進(jìn)一逡逑步探索它們可能的潛在應(yīng)用具有重要意義。同時(shí)，這些優(yōu)異的性質(zhì)和可能應(yīng)用也逡逑可促進(jìn)ＴＭＤ及二維材料的各種可靠合成方法

在眾多能源設(shè)備中獨(dú)樹一幟。它被認(rèn)為是電池和傳統(tǒng)電容器的中間體。因逡逑其高的理論能量密度、快速充放電過程、長時(shí)間的循環(huán)壽命，簡單的原理，有望成逡逑為新型能源設(shè)備。Ｐ１１］如圖１．２所示，對不同能量存儲和轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行了比較，并逡逑在簡化的”Ｒａｇｏｎｅ圖”中介紹了在具體能量和比功率方面的占比，超級電容器在逡逑不同的能量和功率方面占有重要的地位。［１２］目前，超級電容器廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電逡逑子設(shè)備、存儲器備用系統(tǒng)以及工業(yè)電源和能源管理。［１３］其中一個(gè)最有前途的應(yīng)用逡逑是在低排放混合動力電動汽車和燃料電池移動車輛中的應(yīng)用。在這種情況下，逡逑超級電容器與初級高能量電池或燃料電池結(jié)合在一起，作為一種具有大功率能力逡逑的臨時(shí)儲能裝置，用于在制動時(shí)儲存能量。超級電容器很可能在未來的儲能系統(tǒng)逡逑中與電池?fù)碛型瑯又匾牡匚�。逡逑ｆ�?#176;，ｓ邋‘逡逑３６邋ｍｓ邐／邐，邋Ｉ逡逑ｍ邐？邐０邋３ＳＳ逡逑１０４邐３．６ｓ邐

這個(gè)簡單的赫爾姆霍茲ＥＤＬ模型后來進(jìn)一步由古伊和查普曼修正，丨４0，４丨］逡逑考慮到由熱運(yùn)動驅(qū)動，電解質(zhì)離子（陽離子和陰離子）在電解質(zhì)溶液中的連續(xù)分布導(dǎo)逡逑致的分散層，如圖１．２（ｂ）所示。然而，兩個(gè)帶分離電荷電層的電容與電層彼此距離逡逑成反比，因此在距離被縮小情況下，會產(chǎn)生非常大的電容值。因此古伊－查普曼模逡逑型導(dǎo)致了電容的容量被高估。后來，斯特恩將赫爾姆霍茲模型與古伊－查普曼模型逡逑這兩種模型結(jié)合起來，標(biāo)識其中內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域。［４２］如圖中１．３（ｃ）所示，內(nèi)逡逑部區(qū)域中離子（經(jīng)常水合）被緊密地吸附在電極上，因而被稱為緊密層或斯特恩層，逡逑在此之外的被稱為分散層。內(nèi)部赫爾姆霍茲平面（ＩＨＰ）和外部赫爾姆霍茲平面逡逑（ＯＨＰ）常被用來區(qū)分兩種吸附離子，而擴(kuò)散層區(qū)域是古伊－查普曼模型所定義的。逡逑Ｄｉｆｆｕｓｅ邋ｌａｙｅｒ邐Ｓｔｅｒｎ邋ｌａｙｅｒ逡逑．邋？邐ｆ邐—＾一ｔ一＾邋Ｄｉｆｆｕｓｅ邋ｌａｙｅｒ逡逑６邐—ｉ邐＾邋！邋ｎ邋ｉ邋ｊｃ￡逡逑ｌｉ邋Ｐ邋Ｚｎ邋０邋ｒ邋ｑ邋＾逡逑Ｉ！噌邋｜ｔＡ＊ｅ｜邐￣逡逑Ｗ丨１默１逡逑（ａ）邐（ｂ）邐，ＨＰ邋0Ｈ（，ｃ）逡逑圖１．３電雙層在正電荷表面的模型：⑷赫爾姆霍茲模型，（ｂ）古伊－查普曼模型，（ｃ）斯逡逑特恩模型

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