钴/钼基复合材料的制备及电化学性能研究

摘要

电化学水分解技术是一种可以替代传统的化石燃料的清洁和可持续的氢发电技术，对于发展可再生能源，缓解能源危机和改善环境问题具有重要意义，作为半反应之一的析氧反应(OER)由于在动力学上是一个缓慢的4电子转移反应,是电化学催化和储能领域的一个重大挑战，析氢反应(HER)亦是电化学水分解过程中不可或缺的动力学缓慢的半反应，需要高效的电催化剂来降低其过电位，提高能量转换效率。由于贵金属IrO2和RuO2以及Pt族化合物价格高昂和产品稀缺限制了大规模应用，因此合理设计和制备高活性、低成本、稳定性的非贵金属电催化剂将有助于提高OER和HER的性能具有重要意义。在本文中，成功制备出钴钼基复合材料，同时对钴钼基复合材料的形貌及组成进行表征，并对其进行相关的电化学性能测试及讨论。　　主要研究内容如下：　　1、提出了一种操作简便，反应时间短，安全高效的Mo/Co(OH)2花状微管复合材料的合成方法。用简便的水热法制备的MoO3纳米棒为牺牲模板，制备出前驱体Mo/Co(OH)2花状微管，Mo的引入改变了Co电子结构，以及这种特殊的花状微管结构，使得内部空心的Mo/Co(OH)2花状微管复合材料具有高的比表面积和丰富的活性位点。从而使其具有优异的OER活性。在碱性介质(1M KOH)中，当电流密度为10mAcm-2时，过电位为292mV。不仅如此，结构稳定的Mo/Co(OH)2花状微管具有低的塔菲尔斜率和较好的稳定性。　　2、以Mo/Co(OH)2花状微管为前驱体，通过磷化处理制备出钼/氧磷化钴(Mo/CoOP)花状微管复合材料。Mo的引入改变了Co的电子结构，特殊的花状中空结构具有高比表面积，可以暴露出更多的活性位点。从而具有优异的电化学析氢性能。在碱性介质1MKOH中，当电流密度为10mAcm-2时，过电位为130mV。不仅如此，结构稳定的Mo/CoOP花状纳米微管具有低的塔菲尔斜率和较好的稳定性。　　3、介绍了一种N掺杂多孔C包覆MoP纳米棒(N/C/MoP)的制备方法，以简单的水热法制备MoO3前体，在表面均匀的包覆一层ZIF-8,在通过碳化处理及磷化处理得到N/C/MoP复合材料。由于N的引入，调谐了MoP中Mo的电子结构，而C的存在提高了材料的导电性，N，C的共同引入使得MoP的析氢性能显著提升。N/C/MoP在碱性介质1.0MKOH中，表现出优异的HER性能，在电流密度为10mAcm-2时，过电位为165mV，与MoP相比，过电位低了60mV。有较低的tafel斜率(50.74 mV/dec)，同时还具有较好的循环稳定性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 电化学析氧反应（OER）概述

1.1.1 OER基本原理

1.1.2 OER催化剂研究进展

1.2 电化学析氢反应（HER）概述

1.2.1 HER基本原理

1.2.2 HER催化剂研究进展

1.3 本课题的研究意义和主要研究内容

参考文献

第二章 Mo/Co(OH)2花状微管复合材料的制备及电化学析氧性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 主要仪器设备

2.2.2 实验试剂

2.2.3材料的制备

2.2.4 材料表征

2.2.5 电化学测试

2.3 结果与讨论

2.3.1 样品形貌分析

2.3.2 样品成分分析

2.3.3 N2吸脱附及孔径分布分析

2.3.4 生长机制探究

2.3.5 电化学性能分析与讨论

2.4 本章小结

参考文献

第三章 钼/氧磷化钴花状微管复合材料的制备及电化学析氢性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 主要仪器设备

3.2.2 实验试剂

3.2.3 材料制备

3.2.4 材料表征

3.2.5 电化学测试

3.3 结果与讨论

3.3.1 样品形貌分析

3.3.2 样品成分分析

3.3.3 电化学性能分析与讨论

3.4 本章小结

参考文献

第四章 N掺杂多孔C包覆MoP纳米棒的制备及电化学析氢性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 主要仪器设备

4.2.2 实验试剂

4.2.3 材料制备

4.2.4 材料表征

4.2.5 电化学测试

4.3 结果与讨论

4.3.1 样品形貌分析

4.3.2 样品组分分析

4.3.3 样品电化学性能分析

4.4 本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

附录：攻读硕士学位期间发表的论文情况

致谢