电沉积法制备Co--P、Co--Mo--P电极材料及其析氢性能的探究

摘要

氢气因其清洁、可再生、高能量密度的特点而成为最有前途的替代燃料。电解水中的阴极反应(即析氢反应HER)是制取高纯度氢气非常重要的方法之一，而HER高效电催化剂的研究是制氢的关键。尽管铂基催化剂在析氢反应上表现出了优异的活性，但由于其价格昂贵、资源短缺，极大程度地限制了它在工业上的应用。多年来，已开发出许多钴基磷化物作为用于HER的非贵金属电催化剂。本文的研究目的是制备Co-P@Ni、Co-Mo-P@Ni、Co-Mo-P@纳米多孔银(NPS)@Ni电极材料，通过SEM、XRD、EDS、XPS等测试对材料性能进行表征，采用电化学工作站进行线性电位扫描、循环伏安、计时电流、电化学阻抗等电化学测试分析来研究电解水析氢性能，以期得到高效、廉价的HER催化剂来替代贵金属铂。 本文通过对电沉积法在金属Ni基底上制备Co-P的工艺条件的探索，得到催化析氢性能较佳的Co-P@Ni电极材料。在此基础上，以钼酸钠为Mo源加入到镀液中，通过电沉积方法得到Co-Mo-P@Ni电极材料。在1mol·L-1KOH的碱性溶液条件中测试Co-Mo-P@Ni的电化学催化析氢性能。实验结果证明了CoMo之间的协同作用提升了材料的析氢性能，在10mA·cm-2的电流密度下析氢过电位由255mV降低至112mV，塔菲尔斜率由134mV·dec-1降低至91mV·dec-1，析氢活性显著得到提升，且经过计时电流法和5000圈循环伏安法测试得出其具有很好的稳定性。 通过电沉积的方法在金属镍片上先电沉积银锡合金，再通过去合金的方法去除合金中的锡原子，制备了纳米多孔银结构，然后通过电沉积法将Co-Mo-P负载在NPS上，并测试其在碱性条件下的析氢性能。结果表明Co-Mo-P@NPS@Ni的析氢过电位在10mA·cm-2时比Co-Mo-P@Ni低36mV，在100mA·cm-2二者性能趋于一致，相差无几。通过测试CV曲线计算双电层电容可以看出Co-Mo-P@NPS@Ni比Co-Mo-P@Ni拥有更多的电化学反应活性面积，即拥有更多的反应活性位点，并且Co-Mo-P@NPS@Ni具有很好的电催化析氢稳定性。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1目前主要的制氢方法

1．1．1化石燃料制氢

1．1．2光催化分解水制氢

1．1．3生物制氢

1．1．4金属氢化物水解或醇解制氢

1．1．5电催化分解水制氢

1．2电解水制氢催化剂分类及研究现状

1．2．1贵金属及其复合材料

1．2．2非贵金属及其复合材料

1．2．3非金属电催化析氢材料

1．3 CoP做催化剂研究现状分析

1．3．1 CoP电催化剂研究

1．3．2 CoP其他应用

1．4本文的研究意义及研究内容

1．4．1本文的研究意义

1．4．2本文的主要研究内容

第2章实验部分

2．1实验药品及实验仪器

2．1．1实验药品

2．1．2实验仪器

2．2电极材料制备方法

2．3材料表征研究方法

2．3．1能谱分析

2．3．2扫描电子显微镜

2．3．3 X-射线衍射

2．4电极材料的电催化析氢性能和稳定性测试

2．4．1线性扫描伏安法

2．4．2塔菲尔曲线

2．4．3电化学阻抗谱

2．4．4双电层电容

2．4．5稳定性测试

2．5本章小结

第3章Co-P电极材料的制备与析氢性能探究

3．1引言

3．2 Co-P电极的制备

3．3 Co-P材料表征

3．3．1 EDS及XRD分析

3．3．2 SEM表征

3．4 Co-P析氢性能的探究

3．4．2搅拌速度对Co-P析氢性能的影响

3．4．3温度对Co-P析氢性能的影响

3．4．4电沉积时间对Co-P析氢性能的影响

3．4．6电沉积工艺条件调整前后制备的Co-P析氢性能对比

3．5 Co-P析氢稳定性测试

3．6本章小结

第4章Co-Mo-P电极材料的制备与析氢性能探究

4．1引言

4．2 Co-Mo-P电极的制备

4．3．1 EDS及XRD分析

4．3．2XPS分析

4．3．3 SEM表征

4．4 Co-Mo-P析氢性能测试

4．4．2钼酸钠浓度对Co-Mo-P析氢性能的影响

4．5 Co-Mo-P析氢稳定性测试

4．6 Co、Co-P、Co-Mo-P、Pt电催化析氢性能对比

4．6．1 LSV测试

4．6．2 EIS测试

4．6．3 Co-P、Co-Mo-P双电层电容测试

4．7本章小结

第5章Co-Mo-P@NPS电极材料的制备与析氢性能探究

5．1引言

5．2 Co-Mo-P@NPS电极的制备

5．3材料表征

5．3．2 SEM表征

5．4 Co-Mo-P@NPS析氢性能测试

5．4．2电沉积Co-Mo-P的电流密度对Co-Mo-P@NPS析氢性能的影响

5．5 Co-Mo-P@NPS析氢稳定性测试

5．6 Co-Mo-P与Co-Mo-P@NPS电催化析氢性能对比

5．6．1 LSV测试

5．6．2 EIS测试

5．6．3 Co-Mo-P、Co-Mo-P@NPS双电层电容测试

5．7本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间取得的科研成果

致谢