碳化钼基复合材料制备及其电催化析氢性能研究

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zgqzgx123
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
氢能因为具有高能量密度且是一种来源广泛的清洁能源而被视为解决能源危机有效的替代能源之一。在众多制氢方案中,通过电催化水分解制氢方式最具前景,其核心部分是析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)。在电催化析氢过程中,最关键的是阴极电催化剂材料,一些贵金属(如:Pt)是具有高效电催化析氢性能的催化剂,但是由于贵金属稀有且价格昂贵的自身属性,使其难以大范围工业化使用。因此寻找一种适用性强、低成本高活性的HER催化剂替代材料是目前国际研究的热点。近年来过渡金属碳化物(TMCs)及其复合材料因其低成本、可操控而且电催化性能高效等优点而备受关注。论文以碳化钼(Mo2C)基复合材料为目标产物,对合成过程中的钼含量、合成温度、碳源、钼源以及合成方案等进行了细化研究。首先使用传统湿法合成方案,以碳纳米管(CNTs)为碳基材料、钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O)为钼源,成功合成了目标产物Mo2C/CNTs。结合XRD、XPS、SEM以及TEM等表征和电化学测试结果确定了较佳钼含量钼含量为9%,碳化温度为800℃。在此优化条件下分别使用氧化石墨烯(GO)和聚苯胺碳材料(PANI-C)合成了Mo2C/GO和Mo2C/PANI-C,进一步讨论碳源材料对合成产物的影响。电催化HER活性测试结果显示,以钼酸铵为钼源,碳纳米管为碳源的合成产物Mo2C/CNTs具有较高的电催化HER活性,在碱性测试环境下开启电位是116.6 m V(vs.RHE),过电位为127 m V(vs.RHE)时,电流密度就可以达到10 m A cm-2,其Tafel斜率是71.4m V dec-1。在原位渗碳原理的基础上,采用改进的湿法合成方案,更换了反应溶剂体系,分别使用钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O)、氯化钼(Mo Cl5)和钼粉(Mo-powder)作为钼源制备了Mo2C@Camt,Mo2C@Cmc和Mo2C@Cmp。SEM和TEM结果显示,Mo2C@Camt呈直径为15-20nm的纳米棒,活性物质Mo2C以原位生长的方式均匀的分布在CNTs外表面形成包覆层,并且在空间上与CNTs相互穿插形成了三维的网络空间结构。而同等条件下Mo2C@Cmc,和Mo2C@Cmp则是由原位生长的Mo2C纳米颗粒(30-60nm)附着在CNTs表面形成的复合产物。正是由于Mo2C@Camt特殊的微观结构,不仅增大了活性物质的比表面积(113.17 m~2 g-1),同时也使活性物质与碳基材料之间紧密结合,更充分的发挥了CNTs优异的电子转移效率性能,从而使Mo2C@Camt获得优异的电催化性能。电化学测试结果表明,Mo2C@Camt相较于Mo2C@Cmc和Mo2C@Cmp具有较高的电催化HER活性,在碱性条件下(1 M KOH),Mo2C@Camt的开启电位(η0)是72 m V(vs.RHE),明显优于Mo2C@Cmc(η0是94 m V(vs.RHE))和Mo2C@Cmp(η0是150 m V(vs.RHE)),电流密度为10 m A cm-2时的过电位(η10)是114 m V(vs.RHE),Tafel斜率低至46 m V dec-1,而Mo2C@Cmc和Mo2C@Cmp的Tafel斜率分别是47.1 m V dec-1和65.2 m V dec-1;酸性条件下(0.5 M H2SO4)开启电位是129 m V(vs.RHE),过电位是193 m V(vs.RHE),Tafel斜率低至51.3 m V dec-1,明显低于Mo2C@Cmc(56.9 m V dec-1)和Mo2C@Cmp(59.1 m V dec-1)。在电化学稳定性测试中,经过1000次CV循环后Mo2C@Camt的电催化HER活性没有明显的衰退,经过25h的持续测试后其电流密度也没有明显的减弱,同时反应后的Mo2C@Camt组份和微观结构也没有发生变化,这说明Mo2C@Camt的微观结构稳定,并且催化剂组分不会发生改变,具备持久循环使用的属性。
其他文献
高熵合金(High Entropy Alloys,HEAs)因其特殊的结构和优异的性能成为目前最受瞩目的材料之一,“熔-铸”法是目前制备高熵合金最主要的方法,但因高熵合金组元较多,容易在铸件内部产生成分偏析、缩孔等缺陷。增材制造(Additive Manufacturing,AM)具有“逐点成型、循环退火”的技术特点,为制备形状复杂的大尺寸与高性能高熵合金提供了一种有效途径。然而由于增材制造技术具
学位
随着中国经济社会的不断发展,对能源的需求日益增加。长期以来,我国一直以煤炭作为主要的能源类型。页岩气作为一种新型清洁高效的能源,对于解决我国能源不足、调整能源结构、实现能源自足具有重要的现实意义。我国能源局在《页岩气发展规划(2016-2020年)》提出要大幅度提高页岩气产量,同时在2021年初将页岩气开发列入“十四五”计划中,足见我国政府对页岩气开采越发重视。所以页岩气的开采是否会对周边环境放射
学位
在现代农业中,有机磷农药主要用于预防、控制或消除病虫害和杂草,以提高农业生产力。然而,有机磷农药过度使用会造成在食物和环境中存在不同程度的残留,不仅会严重造成食品污染,还会严重破坏生态系统,给人类生活带来极大的危害。因此,有机磷农药残留分析是确保食品质量安全、维护生态系统、保护人类健康的迫切需求。三价稀土离子掺杂上转换纳米颗粒(Upconversion Nanoparticles,UCNPs)可吸
学位
安全、高效、清洁的能源转化和存储技术一直是当前科技研究的热点。锂电池能量转化效率高,对环境危害性小,但工作时锂离子浓度的变化会影响电池的倍率性能、循环性能、电导率、内阻等。因此,开展锂电池中锂离子的浓度和分布的精确测定研究具有十分重要的意义。通过中子深度剖面分析(Neutron depth profiling,简称NDP)技术,可以无损地获取10B、~6Li、~7Be、22Na等轻核元素在近表面的
学位
高熵合金因其独特的设计理念和四大效应赋予其良好的低温力学性能、耐蚀耐磨性能、耐高温及优异的软磁性能,受到广泛关注,在工程领域具有良好应用前景。CrMnFeCoNi作为最早提出的代表性的FCC体系高熵合金,目前,研究人员多用熔铸法通过添加陶瓷相形成高熵合金复合材料,通过基体与添加相的协同作用,进一步优化CrMnFeCoNi高熵合金性能。由于高熵合金组分复杂,熔铸法常导致合金内部产生成分偏析、第二相分
学位
白光发光二极管(w-LED)有着能耗低、寿命长、环境友好等显著优势,在照明、显示、信息等领域有着广泛的应用。白光LED构成中,起到关键作用的红光尤为重要,红色荧光粉的研究也吸引了研究学者们的目光。在众多体系中,具有磷灰石结构的Ca5(PO4)2(Si O4):Re3+(Re=Eu,Sm)荧光粉成本低且发光性能优良,能够较好地应用于白光LED中。本文采用高温固相法合成了Ca5(PO4)2(Si O4
学位
近年来随着医药科技的不断发展,早期诊断结肠癌并进行有效的手术治疗成功率明显提高,对于结肠癌术后相关并发症的治疗与护理成为此类疾病的关注重点之一,本文以结肠癌术后并发脑梗塞1例进行分析,总结此类患者的护理体会。
期刊
自1932年James Chadwick发现了中子之后,中子探测技术在近一个世纪的发展中有了长足的进步。由于中子与物质的相互作用,在中子探测实验中常常伴有γ射线的干扰。为了排除γ射线干扰,有必要对中子-伽马进行甄别。脉冲形状甄别是常用来对中子-伽马进行甄别的方法之一,其不仅能够提升中子的探测效率,同时也是评估中子探测器的一种重要指标。在中子-伽马甄别探测器方面,塑料闪烁体探测器因其优异的物理特性和
学位
在过去的几十年中,科研人员对锂-氧气电池的相关理论和基础应用进行了大量的研究并取得了卓有成效的成果。然而,电化学性能不稳定、氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction,ORR)和氧析出反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)中反应动力学缓慢造成的较大的放/充电过电压等问题限制了锂-氧气电池的大规模应用。锂-氧气电池正极为ORR和OER主要反应场所,因此
学位
镍基材料因其高导电、耐腐蚀、价格相对低廉等优点,在电化学领域得到了广泛的研究。而且,由于镍基电催化剂中Ni与邻近杂原子之间的高协同效应,可以显著提升材料的表面吸附性能,有利于改善电催化性能,在锂-氧气电池体系具有广阔的发展前景。镍基磷化物、硒化物由于高的氧析出反应活性,被认为是极具发展潜力的锂-氧气电池正极材料。本论文采用表界面的空位修饰和异质结的构建来调节镍基磷化物和硒化物的表面电子结构,增加活
学位