二維納米復(fù)合材料的制備及電解水催化性能研究.pdf

1、隨著化石燃料的減少和環(huán)境污染的加劇，開(kāi)發(fā)清潔的可再生能源成為當(dāng)務(wù)之急，電解水也許提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的方式來(lái)制備清潔的氫氣。電解水涉及兩個(gè)反應(yīng):陰極析氫反應(yīng)(HER)和陽(yáng)極析氧反應(yīng)(OER)，迄今為止，鉑族金屬及其氧化物，諸如Pt，IrO2，RuO2，被認(rèn)為是最好的電解水的催化劑。然而，由于它們價(jià)格昂貴、儲(chǔ)量稀少，難以用于商業(yè)，因此，我們應(yīng)該開(kāi)發(fā)新的HER/OER催化劑來(lái)解決氫能源問(wèn)題。二維納米材料因其儲(chǔ)量豐富，比表面積大，性質(zhì)獨(dú)特而備受

2、人們關(guān)注，對(duì)其納米結(jié)構(gòu)進(jìn)一步調(diào)控，可以進(jìn)一步增加反應(yīng)活性位點(diǎn)，表面缺陷。本文合成了不同形貌、結(jié)構(gòu)的二維納米材料，并對(duì)其電解水催化性能進(jìn)行了探究。主要工作為:
　　(1)通過(guò)原位水解和外延生長(zhǎng)，把超薄的四氧化三鈷(Co3O4)納米片均勻沉積到化學(xué)法剝離的硫化鉬納米片(ex-MoS2)上，形成Co3O4/ex-MoS2復(fù)合材料。這種非貴金屬材料可以提高析氧反應(yīng)的活性和穩(wěn)定性，從而成為卓越的析氧反應(yīng)催化劑。MoS2的引入可以提高Co3O

3、4的導(dǎo)電性，并且在Co3O4電化學(xué)活化過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生更多的Co3+，從而避免了高電位極化下Co3O4的分解，提高了催化劑的穩(wěn)定性。所以，這種新型的Co3O4/ex-MoS2復(fù)合材料析氧活性高，電流密度為10mA cm-2時(shí)，Tafel斜率低(36mV dec-1)，過(guò)電位(η)低(290mV)，析氧反應(yīng)的穩(wěn)定性好，10000圈循環(huán)伏安之后，活性仍為95.2％。
　　(2)通過(guò)溶劑熱反應(yīng)方法將超薄硫化鉬(MoSx)納米片均勻地負(fù)載在

4、多壁碳納米管(MWCNTs)上，制備出硫化鉬/多壁碳納米管復(fù)合材料(MoSx@MWCNT)，這種MoSx納米片活性位點(diǎn)多，褶皺邊緣多，表面富含不飽和的S原子，并且為核殼結(jié)構(gòu)，有利于電子轉(zhuǎn)移和電荷運(yùn)輸，因而析氫反應(yīng)性能優(yōu)越。實(shí)驗(yàn)證明，在0.5M H2SO4溶液中，以標(biāo)準(zhǔn)氫電極(SCE)為基準(zhǔn)，電流密度為10mA cm-2時(shí)，我們所制備的毛毛蟲(chóng)狀的MoSx@MWCNT的析氫過(guò)電位(η)為102mV，Tafel斜率(b)為35mV dec-1

5、，在-150mV電位下極化5小時(shí)，其析氫活性沒(méi)有明顯的衰減。
　　(3)通過(guò)離子交換把氫氧化鈷鎳前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為硒化鈷鎳，成功制備出硒化鈷鎳碳布復(fù)合物(Ni0.7Co03Se2/CC)，這種復(fù)合物具有大的比表面積，有利于離子運(yùn)輸和電荷轉(zhuǎn)移，使得它成為優(yōu)良的電解水析氫反應(yīng)和電解水析氧反應(yīng)的催化劑。合成的Ni07Co0.3Se2/CC擁有較好的析氫反應(yīng)催化活性:在0.5M H2SO4中，電流密度為10mA cm-2時(shí)，Tafel斜率為31