【摘 要】
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电催化产氢（HER）是制备高效清洁氢能的有效手段,但目前电催化剂中应用最多的是Pt基材料,由于其含量少、价格贵等原因,开发廉价高效的非贵金属催化剂具有重要意义。铜基材具有廉价、导电性好等优点,但d轨道满电子填充使其具有较弱的氢吸附能,限制了其在电催化产氢中的应用。本论文设计了CuAg不互溶合金纳米片,调节Cu的电子结构,提升其催化性能。采用渗锌法制备了铜银偏析纳米片晶体,并用酸腐蚀法将多余锌腐蚀,
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电催化产氢（HER）是制备高效清洁氢能的有效手段,但目前电催化剂中应用最多的是Pt基材料,由于其含量少、价格贵等原因,开发廉价高效的非贵金属催化剂具有重要意义。铜基材具有廉价、导电性好等优点,但d轨道满电子填充使其具有较弱的氢吸附能,限制了其在电催化产氢中的应用。本论文设计了CuAg不互溶合金纳米片,调节Cu的电子结构,提升其催化性能。采用渗锌法制备了铜银偏析纳米片晶体,并用酸腐蚀法将多余锌腐蚀,获得了以铜箔为基底的铜银纳米片阵列自支撑电极,提高材料的稳定性和实用性。通过对合成方法中银掺杂比例、保温温度及时间、降温速率等参数进行调节,探索了纳米片形成过程,证明该纳米片阵列结构为降温时铜银高熔点组分偏析而成。合金化过程中锌的作用为控制合金化程度以及铜银固溶度,银的作用为促进铜的偏析以及纳米片的生长。此外,还得到了合成该阵列结构的最佳参数,形成了厚度为4.2 nm,银负载量为0.59%的纯金属纳米片,该纳米片具有银单原子、铜银超晶格、超小银团簇等三种银存在形式。CuAg不互溶合金纳米片表现出优异的电催化活性。在1M KOH中,10 m A cm-2处的过电势为103 m V,Tafel斜率为89 m V dec-1,速控步属于Volmer-Heyrovsky步,提高了反应的动力学,并且在50 h的稳定性测试中,电流保持了90%,在所有铜基催化剂的HER性能中处于较优位置。这种优异的电催化性能与CuAg不互溶合金纳米片的结构密切相关,通过掺杂较大原子半径以及电负性的银原子,引入拉应力并使铜组元失去电子,调节铜组元的d轨道电子结构,从而优化其中间体吸附能,提升HER活性。
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