硫化鉬-碳及硫-碳復(fù)合電極材料性能與催化機(jī)理研究.pdf

1、硫化鉬與硫（S）材料均是廉價(jià)、地球儲(chǔ)量豐富的材料。理論計(jì)算表明硫化鉬材料是極有潛力替代鉑（Pt）金屬的電化學(xué)析氫（HER）催化劑，MoS2負(fù)極材料與S正極材料表現(xiàn)出高于1000 mAh/g的實(shí)際容量，其在可再生能源領(lǐng)域的應(yīng)用研究具有重要意義。本文以化學(xué)氣相沉積（CVD）法在碳基底上制備了硫化鉬/碳（C）和硫/碳納米纖維（CNF）電極材料，研究材料形貌、成分、結(jié)構(gòu)對(duì)其電化學(xué)活性的影響規(guī)律，并探究硫化鉬電解水析氫催化劑的電化學(xué)反應(yīng)與應(yīng)力腐蝕

2、機(jī)理。
　　在電催化析氫方面，對(duì)以玻碳（GC）、MoS2/GC、石墨片、石墨烯納米片（GNP）/GC為基底，不同溫度下（200℃到850℃）所得到不同結(jié)晶性的硫化鉬材料析氫性能進(jìn)行對(duì)比，得到了影響硫化鉬材料催化性能的主要因素及變化規(guī)律。即成分與結(jié)晶性主導(dǎo)著硫化鉬催化劑的析氫活性，非晶態(tài)硫化鉬的析氫活性遠(yuǎn)大于高晶態(tài)硫化鉬，微晶態(tài)的穩(wěn)定性優(yōu)于非晶態(tài)硫化鉬；非晶態(tài) MoS3催化材料需要一個(gè)活化的過(guò)程，而該活化的問(wèn)題關(guān)系到真正起到活化作用

3、的活性成分和活性位置（對(duì)提高催化劑材料的催化活性至關(guān)重要），通過(guò)對(duì)不同成分與結(jié)晶性、表面性質(zhì)的催化劑活性變化的系統(tǒng)分析，并結(jié)合化學(xué)法直接活化及密度泛函計(jì)算方法，探明了引起活化是腐蝕引起的真實(shí)表面積（雙電層電容）變大的物理因素起主要作用，而與MoS3成分的改變并無(wú)較大關(guān)聯(lián)。研究了催化材料的表面力學(xué)性質(zhì)與催化劑活性、穩(wěn)定性之間的關(guān)系，探討了MoS3薄膜的應(yīng)力腐蝕機(jī)理。并確定了保持高催化活性的同時(shí)，提高催化劑穩(wěn)定性的策略，成功設(shè)計(jì)了具有低電導(dǎo)

4、損失、最小的傳質(zhì)限制、最大化的活性位置、高活性與穩(wěn)定性的MoS3/GNP復(fù)合型催化劑，-0.165 VvsRHE（可逆氫電極）處電流密度達(dá)到10 mA/cm2，循環(huán)10000圈后的超電勢(shì)僅衰退1 mV，高穩(wěn)定性的MoSx催化劑，為提升HER催化劑的穩(wěn)定性提供了一條有效途徑。
　　在電池電極方面，利用CVD技術(shù)成功制備了均為無(wú)需涂膏（Binder-free）的MoS2/CNF鋰離子電池（LIBs）負(fù)極材料和具有自我阻斷（Self-i

5、nhibiting）、S梯度（S-gradient）分布的特殊結(jié)構(gòu)Li-S電池正極S-CNF復(fù)合材料，并進(jìn)行了電化學(xué)活性研究。制備于CNF基底的MoS2為納米片狀、織絡(luò)形貌結(jié)構(gòu)的2H型晶體，電池首圈放電容量達(dá)到1220 mAh/g的高容量，在12圈后庫(kù)倫效率達(dá)99％左右，電池容量在持續(xù)的增長(zhǎng)之后，68圈時(shí)，充電容量達(dá)到1231 mAh/g；S/CNF復(fù)合材料，與傳統(tǒng)電極材料相比，具有大的S質(zhì)量分布（2.6 mg cm-2）和S含量（65