硫?qū)倩u-超細(xì)碳纖維雜化材料的制備及其析氫性能.pdf

1、電解水制氫是一種綠色、高效、可持續(xù)和具有廣泛應(yīng)用前景的制氫技術(shù)，但是昂貴、稀有的電極催化材料嚴(yán)重制約了其發(fā)展。相較于傳統(tǒng)的 Pt族析氫催化劑，過渡金屬硫?qū)倩u因其儲(chǔ)量豐富、價(jià)廉、易于制備和良好的電催化活性等特點(diǎn)，越來越成為電催化析氫領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。研究表明，過渡金屬硫?qū)倩u的邊緣結(jié)構(gòu)和缺陷位點(diǎn)往往具有較低的氫原子Gibbs吸附自由能，進(jìn)而具有較高的催化析氫活性。因此，如何制備和調(diào)控具有高催化活性位點(diǎn)的電極材料是提高其析氫活性的關(guān)鍵?；?/p>

2、碳纖維優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和高電子傳輸能力，本文利用靜電紡絲技術(shù)制備聚丙烯腈超細(xì)纖維，然后通過碳化處理得到超細(xì)碳纖維，結(jié)合原位還原法與化學(xué)氣相沉積法（CVD）在超細(xì)碳纖維表面生長(zhǎng)不同維度、尺寸、結(jié)構(gòu)和形貌的WS2、WSe2和W(SxS1-x)2納米結(jié)構(gòu)，得到一系列硫?qū)倩u/超細(xì)碳纖維雜化材料，研究和探索雜化材料的微觀結(jié)構(gòu)與析氫催化活性之間的關(guān)系。
　　過渡金屬硫?qū)倩锏幕钚渣c(diǎn)主要集中在納米結(jié)構(gòu)的邊緣，因此如何構(gòu)筑盡可能多的邊緣至關(guān)重要

3、。以含四硫代鎢酸銨（(NH4)2WS4）的聚丙烯腈（PAN）納米纖維作為前軀體材料，采用高溫煅燒與硫蒸汽誘導(dǎo)生長(zhǎng)等方法，在超細(xì)碳纖維（CNFs）表面原位合成 WS2納米片及 WS2納米花瓣結(jié)構(gòu)。研究表明硫蒸汽對(duì)WS2納米片的成核生長(zhǎng)起到了關(guān)鍵作用，而且CNFs可以調(diào)控WS2納米花生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，賦予其大量暴露的活性邊緣點(diǎn)。此外，隨著硫蒸汽用量增加，WS2納米片更趨向于沿著超細(xì)碳纖維軸包覆生長(zhǎng)。析氫結(jié)果表明，CNFs負(fù)載的WS2納米花雜化材料具

4、有良好的析氫性能。
　　為進(jìn)一步增加邊緣活性點(diǎn)，結(jié)合晶體生長(zhǎng)中反應(yīng)物驅(qū)動(dòng)力對(duì)形貌的調(diào)控，以含偏鎢酸胺（(NH4)6H2W12O40·nH2O）的PAN纖維作為前軀體材料，利用 CVD法在CNFs表面合成WSe2析氫催化材料。通過調(diào)控還原劑Se蒸汽在CVD爐腔內(nèi)的擴(kuò)散分布濃度，可以實(shí)現(xiàn)不同形貌的WSe2納米結(jié)構(gòu)的可控合成，其中包括WSe2多支狀結(jié)構(gòu)及平面二維結(jié)構(gòu)。由于多支狀結(jié)構(gòu)具有更高的邊緣活性點(diǎn)，因此其具有更低的析氫過電位（–15

5、0 mV）、Tafel斜率（80 mV dec–1）以及較大的電流密度（31.2 mA cm–2@–300 mV vs RHE），顯示出優(yōu)異的電催化析氫活性。
　　利用摻雜的方法可以在過渡金屬硫?qū)倩镏行纬筛嗳毕蔹c(diǎn)，賦予其更多的析氫活性點(diǎn)。本研究利用 S元素取代 WSe2中的 Se元素，制備多組分W(SexS1-x)2/CNFs雜化材料。通過調(diào)節(jié)(NH4)6H2W12O40在PAN超細(xì)纖維中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來調(diào)控WSe2在CNFs中的