鐵系金屬磷化物基功能納米材料的可控制備及其性能研究.pdf

1、隨著不可再生資源的大量消耗以及全球環(huán)境問題的日益加劇，清潔、高效、儲量豐富的新能源開發(fā)問題受到了研究工作者們的高度關(guān)注。近些年來，過渡金屬磷化物由于其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)而成為一類具有廣泛應(yīng)用前景的功能無機材料，如其在鋰離子電池材料、微電子、電催化、生物醫(yī)療科技等領(lǐng)域都顯示出很強的應(yīng)用潛力。盡管人們在金屬磷化物納米材料的制備和應(yīng)用上取得了一些重要的進展，然而如何實現(xiàn)金屬磷化物材料的宏量制備、拓展金屬磷化物體系從二元向三元乃至多元化合物的過

2、渡以及優(yōu)化過渡金屬磷化物納米材料的性能，這將成為我們工作研究的重點。
　　本論文將著重討論簡單金屬磷化物納米材料的宏量制備、二元乃至多元磷化物納米材料的可控制備、磷化物與碳材料的復(fù)合并深入研究這些功能化磷化物納米材料在鋰離子電池、電催化分解水、超級電容器等領(lǐng)域的應(yīng)用。取得的主要研究結(jié)果如下:
　　1.設(shè)計和發(fā)展了一種簡單、宏量制備碳復(fù)合金屬磷化物納米材料的方法，并研究探索了其電化學(xué)催化析氫性能。本實驗利用乙酰丙酮基金屬化合物

3、和三苯基膦為原材料，在真空密閉的石英管中，采用高溫?zé)崽幚淼姆椒ǔ晒Φ闹苽淞颂及擦谆挼膹?fù)合納米材料(CoP@C)。研究了所制備的材料在電催化析氫反應(yīng)中的應(yīng)用，通過材料性能的對比進一步闡明了碳材料在催化過程中的重要作用。此外，我們所發(fā)展的制備方法可以作為一種普適的手段，可以利用不同種類的金屬前驅(qū)源來制備不同類型的碳復(fù)合金屬磷化物納米材料，我們還進一步拓展了該合成方法制備了層狀的FePSe3/C的復(fù)合納米材料并對其性能做了一個初步的探索。

4、
　　2.設(shè)計了一種簡單可控的Ni12P5納米顆粒溶劑熱合成方法，實現(xiàn)了Ni12P5單分散納米晶體的控制制備，通過對碳納米管(CNTs)進行修飾后并與Ni12P5納米顆粒進行復(fù)合，得到了Ni12P5/CNTs復(fù)合納米材料。我們研究探討了反應(yīng)過程中反應(yīng)溶劑對產(chǎn)物的影響。另外，我們測試了所制備的Ni12P5納米顆粒及Ni12P5/CNTs復(fù)合納米材料在鋰離子存儲及電催化析氫反應(yīng)(HER)方面的性能，測試表明我們所組裝的電極材料表現(xiàn)出良

5、好的電化學(xué)鋰儲存性能和高效的電催化析氫活性。
　　3.發(fā)展了一種簡單、溫和的一步熱溶劑方法用于高質(zhì)量單分散三元NiCoP納米顆粒的控制制備。XRD、TEM等測試表明我們所合成的NiCoP納米材料為六方晶相且顆粒的平均粒徑約為8.5 nm。進一步的，我們研究了該納米材料在不同電解液中的電解水應(yīng)用性能。測試表明NiCoP納米材料在酸性電解液中具有十分優(yōu)越的HER性能，優(yōu)于絕大部分的非貴金屬HER催化劑的活性，同時該材料在堿性溶液中既可

6、以用做HER催化劑也可以用作OER的催化劑，因此，我們以NiCoP納米顆粒所修飾的電極作為電解池的陰陽極構(gòu)建了一個全水分解的反應(yīng)裝置，并研究了其實際的電解水性能。此外，本工作中制備NiCoP材料的方法同樣適用于其他一些三元磷化物納米材料的合成。
　　4.發(fā)展了一種溶液相自組裝技術(shù)將尺寸均勻的三元NiCoP納米顆粒組裝在石墨烯表面，得到了一種獨特的準(zhǔn)平面結(jié)構(gòu)的NiCoP/石墨烯復(fù)合納米材料。這種結(jié)構(gòu)使得材料在催化過程中可以提供更多的