非貴金屬材料作為析氫電催化劑的研究.pdf

1、氫氣作為一種高效清潔的能源載體，被當(dāng)作傳統(tǒng)能源的理想替代者。如何高效可持續(xù)的獲得氫氣是氫經(jīng)濟(jì)循環(huán)中的重要一環(huán)。固體聚合物電解質(zhì)(SPE)電解水被認(rèn)為是可持續(xù)獲取氫氣的有效方法，但是SPE電解槽高昂的成本限制了其大規(guī)模用于制氫。為了降低SPE電解槽的成本，需要尋找高效廉價(jià)的析氫催化劑。
　　作為一種非貴金屬化合物，MoS2被當(dāng)作析氫催化劑進(jìn)行了廣泛的研究。本研究采用不同的前驅(qū)體合成兩種不同形貌的MoS2納米材料并對(duì)比其析氫性能，結(jié)果

2、發(fā)現(xiàn)MoS2納米片催化活性高于MoS2納米顆粒。通過(guò)溶劑熱法合成以還原氧化石墨烯為載體的MoS2/RGO，該復(fù)合材料在酸性條件下催化活性比MoS2有較大提高，電流密度達(dá)到10mA·cm-2時(shí)的過(guò)電位為183 mV，塔菲爾斜率為40.8 mV·dec-1。通過(guò)溶劑熱法合成以還原氧化石墨烯(RGO)為載體的Ni2P和MoS2復(fù)合材料(MoS2-Ni2P/RGO)。使用SEM、TEM及XRD等方法對(duì)所得催化劑材料的表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征

3、。在酸性條件下，該復(fù)合材料對(duì)析氫反應(yīng)表現(xiàn)出較高的催化活性和穩(wěn)定性，當(dāng)電流密度為10 mA·cm-2時(shí)過(guò)電位為160mV，塔菲爾斜率為35.9 mV·dec-1，Ni2P和MoS2之間的協(xié)同效應(yīng)可用氫溢流理論進(jìn)行解釋。MoS2/RGO是一種催化活性較高的非貴金屬析氫催化劑，而Ni2P納米顆粒極大的提高了MoS2/RGO對(duì)析氫反應(yīng)的催化活性。
　　過(guò)渡金屬磷化物是另一類(lèi)被廣泛研究的析氫催化劑。本研究通過(guò)固相法合成了Ni2P和CoP納米

4、顆粒，CoP表現(xiàn)出比Ni2P更低的起始電位。經(jīng)過(guò)水熱反應(yīng)和低溫磷化反應(yīng)兩步合成了碳紙負(fù)載CoP納米線(CoP/CP)，CoP/CP作為三維析氫催化劑，當(dāng)電流密度達(dá)到10 mA·cm-2時(shí)過(guò)電位為114 mV，塔菲爾斜率為53.5 mV·dec-1。經(jīng)過(guò)水熱反應(yīng)將一定濃度的氧化石墨烯水溶液轉(zhuǎn)換成石墨烯水溶膠。合成以三維石墨烯為載體的CoP納米線，該復(fù)合材料作為析氫催化劑時(shí)電流密度達(dá)到10mA·cm-2時(shí)的過(guò)電位僅為137mV，塔菲爾斜率為