本文關(guān)鍵詞：氮摻雜碳納米纖維的制備及其在電催化析氫中的應(yīng)用　出處：《浙江理工大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：能源和環(huán)境問題是人類可持續(xù)發(fā)展的兩大難題,尋求對環(huán)境無污染的綠色能源是當(dāng)代科學(xué)家們的追求。氫能是較為理想的清潔綠色能源。電解水制氫由于具有綠色、高效等特點(diǎn),是一種具有廣泛應(yīng)用前景的制氫方法。目前,高活性的電解水催化劑主要是Pt等貴金屬類催化劑,但是由于其來源稀有、價(jià)格昂貴而嚴(yán)重制約了其工業(yè)化應(yīng)用。氮摻雜碳材料作為一種新興的電解水催化劑,因其儲量豐富、價(jià)廉等特點(diǎn),得到了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。本文利用靜電紡絲技術(shù)結(jié)合原位聚合和化學(xué)絡(luò)合等方法制備了氮摻雜的碳納米纖維(NCNRs/CNFs),并將其作為載體制備了氮-金納米顆粒共摻雜的碳納米纖維雜化材料(AuNPs@NCNRs/CNFs),并系統(tǒng)研究了其微觀結(jié)構(gòu)與電催化析氫活性及其之間的關(guān)系。主要內(nèi)容如下:(1)將靜電紡絲技術(shù)、原位聚合和高溫石墨化過程相結(jié)合制備了NCNRs/CNFs雜化材料,并對其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了一系列表征。所制備CNFs的平均直徑在160 nm到200 nm之間。原位聚合后,苯胺成功在CNFs表面聚合,通過高溫煅燒后得到了NCNRs/CNFs。電催化析氫測試結(jié)果表明,NCNRs/CNFs雜化材料相對于CNFs具有較好的電催化析氫活性和穩(wěn)定性。(2)為了進(jìn)一步提高雜化材料的析氫性能,以少量貴金屬金納米顆粒共摻雜制備出了AuNPs@NCNRs/CNFs,并對其進(jìn)行了一系列的表征。結(jié)果表明,AuNPs在NCNRs/CNFs表面分布的非常均勻,且沒有明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。將合成的雜化材料在酸性條件下用作電催化析氫反應(yīng)的催化劑,研究結(jié)果表明其具有非常優(yōu)異的電催化析氫活性。AuNPs@NCNRs/CNFs的起始過電位約為126 mV,Tafel斜率約為93 mV dec-1,且具有非常好的穩(wěn)定性。研究認(rèn)為,所合成的催化材料優(yōu)異的電催化析氫活性主要來源于AuNPs和氮摻雜碳納米纖維之間強(qiáng)烈的協(xié)同作用。由于AuNPs的引入,降低了電催化析氫過程的吉布斯自由能(?GH),進(jìn)而有利于析氫反應(yīng)的快速進(jìn)行。
[Abstract]:Energy and environment are two major problems of human sustainable development. Seeking green energy without environmental pollution is the pursuit of modern scientists. Hydrogen energy is an ideal clean green energy. Electrolytic water for hydrogen production due to its characteristics of green, efficient and so on. At present, the high activity electrolytic water catalyst is mainly Pt and other noble metal catalysts, but its source is rare. As a new kind of electrolytic water catalyst, nitrogen-doped carbon is a new kind of electrolytic water catalyst, because of its rich reserves, low price and so on. In this paper, nitrogen-doped carbon nanofibers (NCNRs / CNFs) were prepared by electrospinning, in situ polymerization and chemical complexation. The carbon nanofiber hybrid material (AuNPs / CNFs) was prepared by using it as the carrier. The relationship between the microstructure and the electrocatalytic hydrogen evolution activity was studied systematically. The main contents are as follows: 1) Electrospinning technology. NCNRs/CNFs hybrid materials were prepared by in-situ polymerization and high temperature graphitization. The average diameter of CNFs was between 160nm and 200nm. After in-situ polymerization, aniline was successfully polymerized on the surface of CNFs. After high temperature calcination, NCNRs / CNFs. the electrocatalytic hydrogen evolution test results show that. NCNRs/CNFs hybrid materials have better electrocatalytic hydrogen evolution activity and stability than CNFs) in order to further improve the hydrogen evolution performance of hybrid materials. AuNPs @ NCNRs / CNFs were prepared by co-doping with a small amount of noble metal gold nanoparticles and characterized by a series of results. The AuNPs distribution on the surface of NCNRs/CNFs is very uniform and there is no obvious agglomeration. The synthesized hybrid materials are used as catalysts for electrocatalytic hydrogen evolution under acidic conditions. The results show that it has excellent electrocatalytic hydrogen evolution activity. The initial overpotential of AuNPs / CNFs is about 126 MV. The slope of Tafel is about 93 MV dec-1 and has very good stability. The excellent electrocatalytic hydrogen evolution activity of the synthesized materials is mainly due to the strong synergy between AuNPs and nitrogen-doped carbon nanofibers. The Gibbs free energy of electrocatalytic hydrogen evolution process is reduced. GHG, which is conducive to the rapid progress of hydrogen evolution reaction.
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ116.21;TQ340.64

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本文編號：1373357