二硒化鉬-碳納米纖維雜化材料的制備及其析氫行為的研究.pdf

1、能源與環(huán)境問(wèn)題是人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的兩個(gè)重要主題。隨著人口的急劇增長(zhǎng)與社會(huì)發(fā)展以及環(huán)境污染的愈演愈烈，迫使人類必須不斷尋求新型高效環(huán)保的可再生能源。氫能作為一種儲(chǔ)量豐富、清潔高效、可持續(xù)的能源，被稱為人類的終極能源。氫能的開(kāi)發(fā)利用對(duì)于解決能源危機(jī)與環(huán)境污染問(wèn)題具有重大意義。電解水制氫則是目前最具發(fā)展前景的制氫方法之一。但傳統(tǒng)使用的Pt系貴金屬電極催化劑因其產(chǎn)量不足、價(jià)格昂貴等條件的限制，嚴(yán)重制約了電解水制氫技術(shù)的發(fā)展。因此，開(kāi)發(fā)出儲(chǔ)量豐

2、富、價(jià)格低廉、易于制備并具有良好催化活性的催化劑成為研究的重點(diǎn)。過(guò)渡金屬硫?qū)倩镉捎趦?chǔ)量豐富、具有較高的催化活性等優(yōu)點(diǎn)，因此成為析氫陰極催化劑研究的熱點(diǎn)。研究表明，過(guò)渡金屬硫?qū)倩锏拇呋钚耘c其暴露出的邊緣活性位點(diǎn)的多少有直接關(guān)系。故此，如何通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)渡金屬硫?qū)倩锏奈⒂^結(jié)構(gòu)，進(jìn)而最大程度的暴露邊緣活性位點(diǎn)以及提升催化效率成為關(guān)鍵。
　　由于碳納米纖維具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、較高的電子傳輸能力與優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠改善過(guò)渡金屬硫?qū)倩?/p>

3、的電子傳輸能力，從而能夠提升過(guò)渡金屬硫?qū)倩锏奈鰵浠钚浴１疚睦渺o電紡絲技術(shù)制備聚丙烯腈(PAN)納米纖維膜或聚乙烯醇(PVA)納米纖維膜，然后經(jīng)過(guò)碳化處理得到碳納米纖維（CNFs）。然后利用化學(xué)氣相沉積法(CVD)或原位生長(zhǎng)法制備出不同形貌、尺寸、結(jié)構(gòu)的MoSe2、MoS2(1-x)Se2x，得到一系列二硒化鉬/碳納米纖維雜化材料，研究雜化材料的微觀結(jié)構(gòu)與析氫催化活性之間的關(guān)系。
　　(1)以碳納米纖維為基底，利用CVD方法制備

4、出MoSe2/CNFs雜化材料，三角形MoSe2納米片垂直取向生長(zhǎng)在CNFs表面，并且具有高結(jié)晶性。在酸性溶液中電催化析氫測(cè)試結(jié)果表明，雜化材料具有較好的HER活性與穩(wěn)定性，起始過(guò)電位為69mV，Tafel斜率約為107mV dec-1，且其電流密度較大。研究認(rèn)為，這種垂直于CNFs表面生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)能夠較大程度地暴露出MoSe2邊緣活性位點(diǎn)，從而導(dǎo)致其具有較高的HER活性。
　　(2)通過(guò)對(duì)MoSe2進(jìn)行S摻雜，調(diào)控S、Se組分含量

5、，制備出具有不同形貌結(jié)構(gòu)的MoS2(1-x)Se2x/CNFs雜化材料。研究表明MoS2(1-x)Se2x/CNFs雜化材料具有高結(jié)晶性，三元合金MoS2(1-x)Se2x中，S與Se的結(jié)合屬于原子水平的結(jié)合。電化學(xué)柝氫測(cè)試結(jié)果表明，MoS2(1-x)Se2x(HD)/CNFs雜化材料(x=0.78)的起始過(guò)電位達(dá)到54mV，Tafel斜率達(dá)到144mV dec-1;而MoS2(1-x)Se2x(LD)/CNFs雜化材料(x=0.64)

6、的起始過(guò)電位為104mV，Tafel斜率為124mVdec-1。S摻雜改變了三元合金MoS2(1-x)Se2x納米片的結(jié)構(gòu)，使其暴露出更多的邊緣活性位點(diǎn)，從而提高其HER活性。因此，MoS2(1-x)Se2x/CNFs雜化材料表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性。
　　(3)利用(NH4)2MoO4熱分解能夠產(chǎn)生MoO3的特點(diǎn)，我們將其溶解到PVA水溶液中，利用靜電紡絲技術(shù)控制紡絲條件，獲得了PVA-Mo納米纖維膜。然后利用原位生長(zhǎng)法，制備出Mo