鈷釩鐵鉬基金屬化合物電催化劑的制備及其電解水性能的研究.pdf

1、化石能源的過(guò)度開(kāi)采及其導(dǎo)致的污染問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)今世界上困擾人類的主要難題之一，由于傳統(tǒng)的一次能源不可再生且能量轉(zhuǎn)換效率低，明顯無(wú)法滿足飛速發(fā)展中的現(xiàn)代社會(huì)的耗能需求。新型氫能源作為清潔新能源研究領(lǐng)域的代表，其開(kāi)發(fā)正受到科學(xué)界的廣泛關(guān)注。氫氣的制備途徑有很多，其中，電解水正是其中一種熱門(mén)的獲取氫能源的途徑。但是直接電解水需要跨過(guò)很高的能壘，并且，目前大部分的催化劑都只是集中于析氫或析氧的半反應(yīng)的催化劑的研究，這兩個(gè)反應(yīng)的催化劑通常在不同的

2、介質(zhì)中表現(xiàn)出高活性，或者當(dāng)相同電解質(zhì)溶液中配對(duì)兩種類型的催化劑時(shí)，不兼容的集成導(dǎo)致整體水電解的效率降低。所以，開(kāi)發(fā)可在同一電解液中高效分解水生成氫氧氣的新型雙功能電催化劑是當(dāng)今研究的重點(diǎn)。高效的電催化劑具有如下特點(diǎn):本征活性高、電子狀態(tài)調(diào)制到最佳、電解液與催化劑能較大程度接觸、電子能較快傳導(dǎo)。在本文中針對(duì)以上問(wèn)題以及策略設(shè)計(jì)了鐵摻雜的釩酸鈷Co3(1-x)Fe3xV2O8(x=0～0.9)以及釩酸鈷與二硫化鉬納米陣列復(fù)合材料Co3V2O

3、8/MoS2/CC，并且對(duì)各材料的催化電解水性能進(jìn)行測(cè)試。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、通過(guò)一步法，通過(guò)添加不同摩爾比例的鐵和鈷，合成一系列不同的鐵摻雜量的釩酸鈷(Co3(1-x)Fe3xV2O8)，并對(duì)系列材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)與電催化性能的表征。通過(guò)一定量Fe摻雜，優(yōu)化了材料的的電子結(jié)構(gòu)，從而影響催化活性。由電化學(xué)測(cè)試結(jié)果可知，Co3(1-x)Fe3xV2O8作為析氧催化劑，其電催化性能滿足類似火山型曲線規(guī)則，Co1.5Fe1.5V2O8

4、擁有最優(yōu)的析氧性能，260mV的起始電位，塔菲爾斜率為32.8mV dec-1。并且Co1.5Fe1.5V2O8作為析氫催化劑時(shí)，也只需較低的過(guò)電勢(shì)。將Co1.5Fe1.5V2O8應(yīng)用于兩電極全水解時(shí)，在1.59V(vs.RHE)時(shí)電極開(kāi)始發(fā)生全電解反應(yīng)，當(dāng)電流密度達(dá)到10mA cm-2時(shí)只需電壓約1.66V。Co1.5Fe1.5V2O8作為陰陽(yáng)極進(jìn)行的全水解穩(wěn)定性測(cè)試，長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性測(cè)期間體系保持穩(wěn)定的電流密度，穩(wěn)定性測(cè)試后其結(jié)構(gòu)不發(fā)

5、生改變。
　　2、通過(guò)兩步法，在碳布上原位合成Co3V2O8/MoS2納米復(fù)合物陣列(Co3V2O8/MoS2/CC)，并對(duì)材料的電催化析氧析氫性能進(jìn)行研究。首先，通過(guò)水熱法在碳布基底上原位垂直生長(zhǎng)MoS2納米片陣列(MoS2/CC)，接著在較為溫和的水熱條件下進(jìn)行第二步生長(zhǎng)，也就是在MoS2/CC上繼續(xù)原位生長(zhǎng)Co3V2O8納米顆粒，即Co3V2O8/MoS2/CC。通過(guò)構(gòu)筑這樣的特殊形貌界面，暴露更多的活性位點(diǎn)，與電解液充分的