分级多孔Co掺杂NiMo氮化物纳米线光辅助电催化性能研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hnazlz
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大规模利用可再生资源和清洁能源是解决日益严重的能源危机问题的一种高效方法。大多数可再生资源和清洁能源,如太阳能和风能都是间歇性供应且受地域限制。因此,高效的能量转换系统对于可再生资源和清洁能源的使用是非常必要的。电化学水分解就可以交换可再生资源和清洁能源。电化学水分解涉及析氢反应(HER)和析氧反应(OER),为了实现电化学水分解的高转换效率,HER和OER都非常需要高性能的电催化剂。迄今为止,贵金属如Pt是HER的最佳电催化剂,而RuO2和IrO2对OER具有很高的活性。然而,稀缺性和高成本限制了它们在电化学水分解的大规模应用。在过去的几十年中,非贵重过渡金属化合物已被广泛用于取代贵重电解质用于电化学水分解。例如,已经报道过的过渡金属硫化物、硒化物、磷化物和碳化物用于析氢反应,用于析氧反应的过渡金属氧化物和氢氧化物/(氧)氧化物。尽管已经制造了一些能够催化HER或OER的单功能电催化剂,但很少能够报道在同一电解液中同时催化HER和OER的双功能电催化剂。因此,开发用于整体水分解的高性能双能电催化剂仍然具有挑战性。迄今为止,已经开发了几种方式来增强电催化剂的活性。例如通过减小尺寸并利用多孔或空心结构,从而使电催化剂具有更多暴露的活性位点从而增强其电催化活性;通过增加电催化剂的电导率也可以显着提高动力学特性从而提高其电化学性能。此外,将杂原子引入电催化剂中可以调节电子结构,从而提高其催化活性。通常,Ni-Fe薄膜的OER活性比Ni和Fe母薄膜高2-3个数量级。此外,电催化剂中的缺陷是提高催化性能的有效方法。例如,MoS2纳米片中存在更多缺陷,更多活性边缘部位暴露于电解质。基于上述报道,考虑上述策略合理设计双功能电催化剂,用于整体水分解是必要的。本论文提出了一种简单的方法,通过弱碱刻蚀超长MoO3纳米线并在NH3环境下退火处理制备出分级多孔三金属(Ni,Co,Mo)氮化物纳米线。在Co掺入之后,表面活性增强,同时电催化剂的电导率得到改善。作为用于整体水分解的双功能电催化剂,由于Co掺杂引起的电导率和表面活性的双重调节,分级三金属氮化物表现出优异的HER和OER活性和长期稳定性。由双功能电催化剂组装的双电极电解池仅需1.57V的电压驱动就可以达到10 mA cm-2的电流密度,优于没有Co掺杂的催化剂和大部分已报道的HER/OER电催化剂。在此基础上,对合成的催化剂进行光辅助电催化性能测试。测试结果表面催化剂对太阳光有良好的响应,光照可以显着改善纳米线的HER和OER活性,并且在光照条件下分级多孔Co掺杂NiMo氮化物纳米线依旧保持良好的稳定性。
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