氧缺位過渡金屬硫?qū)倩?碳納米纖維復(fù)合材料的計及其電解水應(yīng)用.pdf

1、氧氣(H2)作為一種有高能量密度的綠色能源，被認為是最有希望取代化石燃料成為新一代主要能源的材料，電解水制備氫氣是一種高效可靠和可以實現(xiàn)低成本、零排放的制備高純度氫氣的方法和技術(shù)。電催化水分解包括兩個半反應(yīng):析氫反應(yīng)(HER)和析氧反應(yīng)(OER)，而催化劑是制約這兩個半反應(yīng)效率的關(guān)鍵。鉑、銥等貴金屬具有電解水高催化活性，但因其低儲備量和高價格使其應(yīng)用范圍無法得到進一步推廣?；诖吮疚牟捎眠^渡金屬替代貴金屬作為電解水催化劑進行研究?；谔?/p>

2、纖維較好的化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)良的電子傳輸能力，本文應(yīng)用靜電紡絲技術(shù)制備聚丙烯腈纖維，接著高溫碳化處理靜電紡絲得到的纖維膜得到碳納米纖維，結(jié)合原位還原法與化學(xué)氣相沉積法(CVD)在納米碳纖維表面生長不同維度、結(jié)構(gòu)、尺寸和形貌的過渡金屬硫?qū)倩?，得到一系列氧缺位的過渡金屬硫?qū)倩?碳納米纖維復(fù)合材料，探索雜化材料的微觀形貌結(jié)構(gòu)與電解水催化性能之間的關(guān)系。
　　結(jié)合靜電紡絲技術(shù)和原位還原法以及電化學(xué)沉積法合成一系列的鈷(Co)基自支撐電極材

3、料，分別形成Co、氧化鈷(Co3O4)和硫化鈷(Co9S8)納米顆粒。通過掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)等研究其微觀形貌和結(jié)構(gòu)，研究表明鈷基納米顆粒在納米碳纖維上分布均勻。將鈷基納米復(fù)合材料直接用作工作電極進行電化學(xué)性能研究，研究表明Co9S8/CNFs表現(xiàn)出最優(yōu)的電解水性能，它在酸性條件下電流密度j=10mA cm-2時過電位為165mV,Tafel斜率為83mV dec-1，在堿性條件下電流密度j=10mA cm

4、-2時過電位和Tafel斜率分別為230mV和78mV dec-1。
　　以含鈷錳鹽為前驅(qū)體，利用PAN納米纖維為反應(yīng)器，制備和調(diào)控氧缺位Mn3Co7-Co2Mn3O8納米顆粒，所形成的納米顆粒又可以催化碳納米纖維進一步生成一維碳納米管，形成一種三維多層次Mn3Co7-Co2Mn3O8@CNTs/CNFs納米結(jié)構(gòu)。經(jīng)優(yōu)化的三維多層次納米結(jié)構(gòu)顯示出優(yōu)異的電催化活性和穩(wěn)定性。構(gòu)建氧空位Mn3Co7-Co2Mn3O8以暴露活性位點，由C

5、NTs和相互連接的CNFs組成三維多層級，賦予了Mn3Co7-Co2Mn3O8@CNTs/CNFs納米結(jié)構(gòu)優(yōu)異的電催化性能。
　　結(jié)合靜電紡絲和化學(xué)氣相沉積技術(shù)，合成了基于碳納米纖維的鎳鈷硫化物復(fù)合材料。鎳鈷硫基納米粒子在納米碳纖維上均勻分布并進一步形成密集的碳納米管，可在酸性和堿性溶液中直接作為電極材料。NiCo2S4/CNFs在酸性條件下電流密度j=10mAcm-2時過電位為120mV，Tafel斜率為195.9mV dec-