基于碳布为基底的硫化物复合材料的制备及其电解水产氢性能的研究

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面对日益严重的能源危机,人类致力于发展清洁能源。电解水析氢作为一种清洁、稳定的制氢方式,近年来越来越受到研究工作者的关注。但其电化学的高活化势垒,制约着电解水析氢的效率。贵金属基电催化剂具有高导电性,可以降低电解水析氢反应中的过电势,加快反应的动力学,从而提高电解水析氢的效率,是一种最先进的用于电解水析氢研究的材料。但由于贵金属材料成本高、含量少,限制了其在电催化过程中的大规模使用。因此急需寻找一种价格低廉,性能优异的非贵金属基电催化材料,用于提高电解水产氢的效率。基于此,本论文的主要内容包括以下两部分:(1)本文通过简单高效的方法成功在碳布上合成Mo S2/CuS/CC异质结构。SEM结果表明所制备的MoS2/CuS/CC复合材料具有片状形貌,这种片状形貌不仅可以提高表面积,而且还提供充足的表面催化活性位点。特别是优化后的MoS2/CuS/CC-2电催化剂在1 M KOH电解液中表现出优异的析氢性能,在10 mA/cm2的电流密度下其过电势为85 mV,并在经过1000圈的CV测试后表现出良好的循环稳定性。MoS2/CuS催化剂出色的催化活性归因于MoS2与CuS的结合,这不仅极大促进了电解水析氢反应的速率,还提高了催化剂的结构稳定性。以上结果表明,MoS2/CuS/CC异质结构是一种潜在的高效制氢电催化剂。(2)本文成功通过一种简单的途径合成了修饰有CoS2纳米粒子的CuS纳米片。尤其是经过优化后的3%CoS2-7%CuS/CC催化剂具有出色的电催化性能,并且在所有pH值下其析氢反应都具有出色的循环稳定性。当电流密度为10 mA/cm2 时,在 0.5 M H2SO4,1 M KOH 和 0.5 M 的磷酸盐缓冲液中,CoS2-CuS/CC、纯CoS2和纯CuS催化剂显示出较低的Tafel斜率(46 mV/dec、52 mV/dec和59 mV/dec)和较小的过电势(62mV、85 mV和106mV)。所制备的催化剂的高活性归因于其独特的异质结构以及金属硫化物之间的协同效应,这种异质结构提供较大的界面接触面积,众多的电荷转移通道以及丰富的表面反应活性位点,从而提高了析氢过程中电荷载流子的转移速率。
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