本文關(guān)鍵詞：金屬磷化物納米材料的制備及其電催化制氫性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染等問題的日益嚴(yán)重,發(fā)展可再生能源已經(jīng)成為全球的共識(shí)。作為一種清潔并且可以再生的能源,氫氣一直被認(rèn)為是未來最具發(fā)展?jié)摿Φ男履茉?越來越受到人們的關(guān)注。在目前的眾多制氫技術(shù)中電解水制氫對(duì)于未來解決能源危機(jī)和環(huán)境問題具有極大的價(jià)值。氫氣可以經(jīng)由電解或者光照分解水而獲得。在電解水制氫中,高效的電解水催化劑顯得至關(guān)重要。高效的析氫電極材料應(yīng)具有導(dǎo)電性好、比表面積大、析氫過電位低、電催化活性高、電化學(xué)穩(wěn)定性好以及抗腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)。目前,雖然一些貴金屬催化劑(Pt、Pd等)對(duì)于電解水制氫具有優(yōu)異的催化活性,但它的稀缺性和高成本限制了它的廣泛應(yīng)用。高效并且低成本的析氫電催化劑一直是該研究領(lǐng)域探索的方向。本文通過不同的制備方法合成出結(jié)構(gòu)新穎、性能優(yōu)異的中空多孔的磷化鎳納米球(Ni_3P PHNs)、Co_2P納米片(Co_2P/CuFoam)和磷化鉬納米片(MoP),并研究其形貌結(jié)構(gòu)和析氫性能,得到如下的研究結(jié)果:(1)提出一種制備簡單、可量產(chǎn)的多孔中空結(jié)構(gòu)的磷化鎳(Ni_3P)納米球(Porous hollow nanospheres,PHNs)的方法。Ni_3P PHNs是由非晶的鎳磷納米球經(jīng)過退火后形成的Ni-Ni_3P納米顆粒然后再去除掉鎳而形成的。Ni_3P PHNs在析氫反應(yīng)中具有較高的催化活性,在酸液中20 mA cm-2(η20)所需的過電位為99mV,在堿性溶液中20 mA cm-2所需的過電位為338 mV。其催化性能優(yōu)于包括過渡金屬硫化物、碳化物、硼化物和氮化物在內(nèi)的其他金屬磷化物催化劑。其法拉第電流效應(yīng)接近100%,并且在持續(xù)的電解水過程中保持良好的穩(wěn)定性�？闪慨a(chǎn),低成本,優(yōu)秀的催化活性和良好的穩(wěn)定性使得Ni_3P PHNs具有廣闊的應(yīng)用前景。(2)發(fā)展一種通過電化學(xué)沉積在泡沫銅基底(Cu Foam)上一步電鍍非晶的Co-P再經(jīng)由退火和HCl處理獲得Co_2P薄膜的方法。Co_2P/CuFoam具有大的活性表面積、快的電子傳輸率,在酸性溶液中當(dāng)電流密度為20 mA cm-2和80 mA cm-2時(shí)對(duì)應(yīng)的過電位為146 mV和188 mV并且兼具良好的穩(wěn)定性。作為陽極材料Co_2P/CuFoam在電流密度為100 mA cm-2時(shí)過電位為310 mV,是理想的雙功能材料。(3)提出了一種由四水合鉬酸銨和磷酸二氫銨一步熱還原反應(yīng)制備的磷化鉬(MoP)納米片的方法。該納米片是由直徑100 nm的MoP納米顆粒組成的多孔的片狀結(jié)構(gòu),其橫向尺寸在1mm到5mm之間,厚度在200 nm左右。當(dāng)MoP混合了碳黑后展現(xiàn)出優(yōu)異的電解水制氫催化性能(HER),在酸性溶液中當(dāng)電流密度為20 mA cm-2(η20)時(shí)過電位僅為155 mV而在堿性溶液中為184 mV。在酸性和堿性溶液中都具有良好的穩(wěn)定性,其法拉第電解效率也接近100%。經(jīng)過測驗(yàn)MoP納米片上的Mo和P分別發(fā)現(xiàn)了微弱的正負(fù)電荷,這也可能是MoP納米片具備良好的催化活性的原因。
【關(guān)鍵詞】：析氫反應(yīng) 電解水催化劑 磷化鎳中空納米球 磷化鉬納米片 電沉積 磷化鈷
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ116.21;O613.62
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 氫氣的制備11-14
• 1.1.1 化石燃料制氫12
• 1.1.2 催化熱分解碳?xì)浠衔镏茪?/span>12
• 1.1.3 生物制氫12-13
• 1.1.4 太陽能制氫13
• 1.1.5 電解水制氫13-14
• 1.2 電解水制氫的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 電解水制氫的基本原理15-16
• 1.4 析氫電極材料16-18
• 1.4.1 析氫電極材料的制備16-17
• 1.4.2 影響析氫材料活性的影響因素17-18
• 1.4.3 目前HER催化劑的研究進(jìn)展18
• 1.5 本文研究的目的以及內(nèi)容18-21
• 1.5.1 本文研究的目的18-19
• 1.5.2 本文研究的內(nèi)容19-21
• 第二章 多孔中空的磷化鎳(Ni_3P)納米球的相分離合成及其催化析氫性能的研究21-41
• 2.1 引言21-22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分22-26
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器和藥品23
• 2.2.2 中空多孔結(jié)構(gòu)的磷化鎳納米球(Ni_3P PHNs)制備方法23-24
• 2.2.3 電化學(xué)的表征方法24-26
• 2.3 Ni_3P PHNs結(jié)構(gòu)與形貌的表征26-33
• 2.4 Ni_3P PHNs電化學(xué)性能研究33-39
• 2.4.1 Ni_3P PHNs在酸性溶液中的電化學(xué)性能33-36
• 2.4.2 Ni_3P PHNs各階段產(chǎn)物性能研究36-37
• 2.4.3 不同退火溫度下Ni_3P PHNs性能研究37-38
• 2.4.4 Ni_3P PHNs在堿性溶液中的電化學(xué)性能38-39
• 2.5 本章小結(jié)39-41
• 第三章 電沉積法制備分層多孔結(jié)構(gòu)的Co_2P/CuFoam及其析氫和析氧性能的研究41-50
• 3.1 引言41
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分41-43
• 3.2.1 Co_2P/CuFoam復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備41-42
• 3.2.2 電鍍時(shí)間的確定42-43
• 3.3 Co_2P/CuFoam結(jié)構(gòu)與形貌的表征43-45
• 3.4 Co_2P/CuFoam電化學(xué)性能的研究45-49
• 3.4.1 Co_2P/CuFoam在酸性溶液中的析氫性能45-47
• 3.4.2 Co_2P/CuFoam在堿性溶液中的析氧性能47-49
• 3.5 本章小結(jié)49-50
• 第四章 磷化鉬納米片(MoP)的制備及其電催化析氫性能的研究50-64
• 4.1 引言50-51
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分51
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器和藥品51
• 4.2.2 MoP納米片的制備方法51
• 4.3 MoP納米片制備最佳實(shí)驗(yàn)條件的確定51-54
• 4.3.1 反應(yīng)的溫度51-53
• 4.3.2 MoP的負(fù)載量以及MoP與碳黑的質(zhì)量比53-54
• 4.4 MoP結(jié)構(gòu)與形貌表征54-57
• 4.5 MoP電化學(xué)性能表征57-63
• 4.5.1 酸性溶液中的電催化性能57-62
• 4.5.2 堿性溶液中的電催化性能62-63
• 4.6 本章小結(jié)63-64
• 第五章 結(jié)論64-66
• 參考文獻(xiàn)66-75
• 致謝75-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文76

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