能源短缺和環(huán)境污染是人類可持續(xù)發(fā)展亟待解決的重大問題,開發(fā)可再生新能源成為世界矚目的重要研究課題。目前,太陽能取之不盡用之不竭,是一種蘊藏巨大潛能的可再生能源。然而,其轉(zhuǎn)化和儲存問題阻礙了人類對太陽能的開發(fā)利用。氫氣憑借著自身能量密度高、清潔和可再生等諸多優(yōu)點成為最有潛力的新能源之一。利用太陽能電解水制氫氣成為解決能源問題和環(huán)境問題的一舉兩得的策略。電解水由陰極析氫反應(yīng)(HER)和陽極析氧反應(yīng)(OER)兩個半反應(yīng)組成。由于OER涉及四電子轉(zhuǎn)移過程,其動力學(xué)緩慢,成為全解水發(fā)展的瓶頸。目前,IrO2和RuO2具備可觀的OER催化活性,但其儲量稀缺及昂貴的價格阻礙了他們的商業(yè)化應(yīng)用。因此,設(shè)計開發(fā)新型高效的OER催化劑成為發(fā)展電解水產(chǎn)業(yè)的重中之重。更為重要的,催化劑本征活性往往由電子結(jié)構(gòu)決定,因此通過研究催化劑本身電子結(jié)構(gòu)來指導(dǎo)高效催化劑的設(shè)計具有重大意義。本文系列制備了NiS2、NiS和Ni3S2等高純樣品,系統(tǒng)研究了他們的電子結(jié)構(gòu),并研究了他們的OER性能,得到以下若干研究成果:(1)Fe摻雜NiS2的OER研究研究發(fā)現(xiàn),NiS2本身是半導(dǎo)體,帶隙0.3 eV。隨著鐵的摻雜,其費米能級...

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 電子結(jié)構(gòu)與電解水的關(guān)聯(lián)
        1.2.1 電解水基本原理
        1.2.2 過電位(η)
        1.2.3 交換電流密度(i₀)
        1.2.4 塔菲爾方程和塔菲爾斜率
    1.3 電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)和OER機理
        1.3.1 單電子/多電子反應(yīng)
        1.3.2 析氧反應(yīng)(OER)機理
    1.4 電催化劑的研究現(xiàn)狀
        1.4.1 貴金屬氧化物
        1.4.2 鈣鈦礦氧化物
        1.4.3 尖晶石氧化物
        1.4.4 過渡金屬硫化物
        1.4.5 NiFe羥基氧化物
    1.5 本課題的立題依據(jù)、意義及研究內(nèi)容
第二章 實驗部分
    2.1 實驗試劑和儀器
        2.1.1 實驗試劑
        2.1.2 實驗儀器
    2.2 電化學(xué)測試方法
        2.2.1 循環(huán)伏安法(CV)
        2.2.2 線性掃描伏安法(LSV)
        2.2.3 恒電流法
        2.2.4 交流阻抗(EIS)
    2.3 實驗表征
        2.3.1 X射線衍射(XRD)
        2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.3.3 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.3.4 X射線光電子能譜(XPS)和X射線吸收光譜(XAS)
第三章 Fe摻雜的NiS₂納米片析氧反應(yīng)(OER)的研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 Ni和FeNi基層狀氫氧化物的合成
        3.2.2 Fe_xNi_1-xS₂納米片的合成
        3.2.3 電化學(xué)測試
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 合成與結(jié)構(gòu)分析
        3.3.2 電子結(jié)構(gòu)
        3.3.3 OER性能和機理
    3.4 本章小結(jié)
第四章 NiS₂、NiS、Ni₃S₂的合成及電子結(jié)構(gòu)研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 NiS₂的合成
        4.2.2 NiS、Ni₃S₂的合成
        4.2.3 NiS₂、NiS、Ni₃S₂電子結(jié)構(gòu)的測定
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 XRD及SEM分析
        4.3.2 XPS和XAS分析
    4.4 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間取得的科研成果
致謝



本文編號：3904938