過(guò)渡金屬磷化物的可控制備及其析氧性能研究.pdf

1、能源緊缺和環(huán)境問(wèn)題是當(dāng)今全球面臨的兩大重大難題，開(kāi)發(fā)和利用綠色可再生的新能源是緩解這些問(wèn)題的有效途徑。在諸多綠色清潔能源中，氫能由于其獨(dú)特的優(yōu)異性能，被人們視為最理想的用來(lái)替代傳統(tǒng)化石能源的可持續(xù)綠色新能源。通過(guò)電解水技術(shù)可以獲得高純度的氫氣，并且相比于其他制氫方法來(lái)說(shuō)更加簡(jiǎn)易，反應(yīng)不需要高溫高壓的條件。在大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)中，一般多采用KOH作為電解液。堿性介質(zhì)中，電解水包含兩個(gè)半反應(yīng)，在陰極發(fā)生的水的還原反應(yīng)(HER)以及在陽(yáng)極發(fā)生的

2、水的氧化反應(yīng)(OER)。其中陽(yáng)極析氧反應(yīng)動(dòng)力遲緩需要較大的過(guò)電勢(shì)，而催化劑的使用可以極大地加快電極反應(yīng)速率和效率，減小過(guò)電勢(shì)，節(jié)約能耗。在商用的電解水技術(shù)當(dāng)中，通常選用催化性能優(yōu)異的IrO2和RuO2作為陽(yáng)極材料，但是這些貴金屬在地殼儲(chǔ)量匱乏且價(jià)格高，且在工業(yè)上大規(guī)模使用受到限制，所以研制可替代貴金屬的催化劑成為攻克電催化裂解水技術(shù)難題的關(guān)鍵因素。本論文以水滑石及插層的類(lèi)水滑石材料為前驅(qū)體，采用磷化或者焙燒等手段，制備出不同結(jié)構(gòu)的碳包覆

3、的過(guò)渡金屬磷化物(CoP/CoP2@NPCNTs和(FeCo)2P@C)，并將其用作析氧反應(yīng)的催化劑。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)CoP/CoP2@NPCNTs復(fù)合物的制備及其析氧性能研究:以CoAl-LDH為前驅(qū)體，將其與三聚氰胺的混合物在Ar氣氛中焙燒得到Co@NCNTs復(fù)合物，再與次磷酸鈉混合經(jīng)焙燒處理，得到CoP/CoP2@NPCNTs復(fù)合物催化劑材料。電化學(xué)測(cè)試表明CoP/CoP2@NPCNTs在10mA cm-2電流

4、密度下所需的過(guò)電勢(shì)僅為300mV，表現(xiàn)出對(duì)OER有良好的催化活性。同時(shí)在恒定的電流密度下測(cè)試了該材料的穩(wěn)定性能，發(fā)現(xiàn)其具有超長(zhǎng)的穩(wěn)定性，優(yōu)于已報(bào)道的大部分催化劑。利用密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明該復(fù)合物優(yōu)異的催化性能歸因于CoP與CoP2雙活性組分的協(xié)同作用。
　　(2)(FeCo)2P@C復(fù)合物的制備及其析氧性能研究:以表面活性劑SDP插層FeCo(OH)2為單源前驅(qū)體，經(jīng)焙燒后得到了海膽狀的(FeCo)2P@C復(fù)合物。該制備

5、方法的優(yōu)點(diǎn)在于SDP作為插層物質(zhì)時(shí)可以同時(shí)作為碳源與磷源，既避免使用有機(jī)磷源等有毒試劑，又能通過(guò)一步法引入碳，提高催化劑的導(dǎo)電性。通過(guò)對(duì)其析氧性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)(FeCo)2P@C復(fù)合物較單獨(dú)的Co2P@C在活性方面有顯著的提升。此外，利用氫氧化物類(lèi)水滑石層板陽(yáng)離子具有可調(diào)變性的特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)變?cè)氐姆N類(lèi)，設(shè)計(jì)制備出(NiCo)2P@C，實(shí)現(xiàn)了OER催化性能的進(jìn)一步提升。該制備方法簡(jiǎn)單、環(huán)保、高效，同時(shí)也為制備碳包覆的納米材料提供了一個(gè)新的思路