三維有序大孔-介孔碳負(fù)載磷化鎳納米顆粒的制備及其電催化析氫性能的研究.pdf

1、能源危機和環(huán)境污染是當(dāng)今世界的突出熱點問題，各國都在積極探索新型可再生清潔能源。其中，氫能以其清潔環(huán)保、高效等特點的被認(rèn)為是最有發(fā)展?jié)摿Φ男履茉础＠每稍偕茉串a(chǎn)生電能，并以此驅(qū)動電解水是產(chǎn)生氫能的最佳途徑。目前，Pt和其他貴金屬材料仍被認(rèn)為是活性最高的氫氣析出反應(yīng)(HER)催化劑。但是貴金屬資源稀缺、成本高，因此，研發(fā)高性能的、價格低廉的新型催化劑成為了水電解制氫技術(shù)的關(guān)鍵。鎳及鎳基合金活性相對較高且穩(wěn)定性良好，是Pt基催化劑最理想的

2、替代材料。提高鎳基催化劑性能的方法主要有兩種，一是制備納米及納米多孔結(jié)構(gòu)的催化劑，二是為催化劑選擇合適的載體。
　　近年來，多級孔道結(jié)構(gòu)納米材料因同時具備不同孔徑層次孔的優(yōu)勢在吸附、燃料電池、儲能、催化等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用價值。這種納米材料有很高的比表面積，可以提供更多的催化活性位，其大孔結(jié)構(gòu)可加強傳質(zhì)，有利于反應(yīng)物和產(chǎn)物的及時擴散，因而成為優(yōu)良的催化劑載體材料。因此，本文利用雙模板技術(shù)合成形貌可控的三維有序大孔/介孔碳(OMM

3、C)納米材料，將其作為載體負(fù)載Ni2P納米顆粒。主要工作如下:
　　利用改進的Stober法制備單分散的二氧化硅微球，離心沉降使其組裝成為三維有序的二氧化硅膠體晶體，將其作為硬模板，結(jié)合表面活性劑P123作為軟模板，通過雙模板法成功制備了OMMC。該材料具有三維有序、相互連通的大孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且大孔骨架上密排著有序介孔，其比表面積為1129m2g-1，平均孔徑為8.3nm。OMMC的獨特結(jié)構(gòu)結(jié)合了介孔比表面積大和大孔傳質(zhì)性能良好的優(yōu)

4、勢，使其成為優(yōu)良的催化劑支撐載體。
　　將OMMC作為載體，以六水合氯化鎳和次磷酸鈉分別作為鎳源和磷源，利用次磷酸鹽前體熱分解法成功制備了40wt％Ni2P/OMMC催化劑。通過改變鎳源和磷源的量，成功制備了40wt％、20wt％、60wt％三個不同Ni2P負(fù)載量的Ni2P/OMMC催化劑，Ni2P顆粒均勻分散在碳網(wǎng)中。由掃描電鏡和透射電鏡的結(jié)果可見Ni2P顆粒的引入并沒有破壞碳網(wǎng)的三維有序大孔/介孔結(jié)構(gòu)。通過電催化實驗研究發(fā)現(xiàn)，

5、當(dāng)Ni2P的負(fù)載量為40wt％時，其HER電催化活性最高，起始還原過電位為47mV，達到-10mAcm-2的電流密度所需過電位為143mV。
　　同時，合成了Ni2P納米顆粒(Ni2P NPs)和40wt％Ni2P/炭黑（Ni2P/XC-72R）作為對比催化劑。相比于Ni2P NPs和40wt％Ni2P/XC-72R，OMMC負(fù)載的Ni2P顆粒分散的更加均勻，且粒徑更小，僅有4.5nm，這歸因于OMMC載體獨特的大孔/介孔結(jié)構(gòu)對顆