基于碳纳米管与二硫化钼的复合材料制备及其电催化性能研究

摘要

高效、低廉的新型电催化剂的探索在环境治理和绿色能源领域都具有重要的实用价值。本论文选取低维复合电催化剂为研究对象，通过两步化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，CVD）实现了具有良好界面结合的碳纳米管和二硫化钼复合材料，并探索了不同后处理工艺对复合材料电催化性能的影响。实验过程中，首先利用化学气相沉积法合成出碳纳米管薄膜(carbon nanotube film，CNT)，经过除杂纯化之后在膜上合成二硫化钼(molybdenum disulfide，MoS2)。然后将得到的复合物样品(MoS2@CNT)通过硝酸浸泡进行刻蚀处理，复合物样品表面的形貌得以被调控，从而使更多的电化学催化活性位点被暴露出来。随后使用多种表征技术手段，如扫描电子显微镜，透射电子显微镜，拉曼光谱，X射线光电子能谱等对样品的形貌和微结构进行了特征。同时将样品作为电催化剂进行电催化分解水测试，测试结果发现经过刻蚀处理之后样品的催化性能得到大幅提升:经过8小时10wt％硝酸浸泡处理的MoS2@CNT样品具有最佳的产氧催化性能，电流密度为10 mA/cm2时的超电势为375mV,tafel斜率为95 m V/dec，0.4V恒定电势下，经过6小时测试之后还有98％性能剩余;催化剂催化性能的提升来源于，经过酸刻蚀调控的表面形貌改变和碳纳米管无纺布优秀的导电网络提供的电子快速转移通道。本论文研究结果提供了一种可行的工业化生产电催化剂的途径（化学气相沉积法），以及通过简单的形貌调控工艺（酸浸泡刻蚀）来提升催化性能的方法，相关研究结果有望进一步应用于电化学、能源存储和转化等相关领域。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 碳纳米管

1．2．1 碳纳米管结构

1．2．2 碳纳米管合成方法

1．2．3 碳纳米管应用

1．3 二硫化钼

1．3．1 二硫化铝结构

1．3．2 二硫化钼合成方法

1．3．3 二硫化钼应用

1．4 电催化氧析出反应

1．5 本论文工作设想及研究内容

第二章 样品合成方案设计及实施

2．1 实验使用药品试剂

2．2 CNT film合成

2．2．1 CNT合成路线

2．2．2 CNT除杂纯化处理

2．3 MoS2@CNT合成

2．3．1 MoS2@CNT合成路线

2．3．2 MoS2@CNT表面形貌刻蚀调控

第三章 样品表征

3．1 表征使用仪器相关信息

3．2．1 表征原理简述

3．2．2 MoS@CNT SEM 表征结果及分析

3．3 拉曼光谱表征

3．3．1 表征原理简述

3．3．2 MoS2@CNT Raman Spectrum表征结果及分析

3．4 X射线光电子能谱表征

3．4．1 表征原理简述

3．4．2 MoS2@CNT XPS表征结果及分析

3．5 透射电子显微镜表征

3．5．1 表征原理简述

3．5．2 MoS2@CNT TEM表征结果及分析

第四章 电化学性能测试

4．1 电化学性能测试电极制备

4．2 MoS2@CNT电极阳极极化曲线及Tafel斜率

4．3 MoS2@CNT电极阻抗谱

4．4 MoS2@CNT时间电流曲线

第五章 结论及展望

引用文献

致谢

硕士研究生期间发表工作

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