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高效,非贵重且稳定的电解水制氢反应电催化剂的设计对可再生能源转化过程至关重要,但仍然是一项艰巨的任务。对于即将到来的清洁和可再生能源系统,寻找对析氢反应(HER)具有高效率和耐久性的非贵金属基电催化剂至关重要。由于过渡金属磷化物(TMPs)在地球上的含量丰富,价格低廉,合成方法多样化,催化析氢性能也较为优异,因而吸引了大批研究者的兴趣。本论文通过简单的实验方法合成了磷化钴基电催化剂,分别为Ce-doped CoP CNTs、N-doped CoP MSs、B-doped CoPNPs。具体内容如下:(1)我们合成了镶嵌在碳纳米管(CNTs)中的铈(Ce)掺杂的CoP纳米颗粒(NPs),作为高效且稳定的HER催化剂。详细的制备过程描述如下:首先,通过共同成核法将Ce引入ZIF-67中以生成Ce-doped ZIF-67。然后,通过将Ce-doped ZIF-67原位还原碳化来合成Ce-doped Co-CNTs。在此过程中,Co2+被还原形成Co NPs,并且由于Co NPs的催化作用而形成了 CNTs结构。最后,通过使用Ce-doped Co-CNTs作为反应物,NaH2PO2作为磷源,经过化学气相沉积(CVD)工艺获得目标催化剂(Ce-doped CoP CNTs)。透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)的结果表明,目标催化剂保持了 ZIF-67的原始菱形十二面体形态,并且镶嵌在CNTs中的Ce-doped CoP NPs在整个催化剂中均匀分布。Ce掺杂量为0.05 mmol的Ce0.05-doped CoP CNTs在0.5 M H2SO4溶液中显示出最佳的HER的性能。Ce0.05-doped CoP CNTs在测试过程中的启动电势,塔菲尔斜率,电子转移电阻(Ret)和双层电容(Cd1)分别为 49 mV,78 mV dec-1、19.2 Ω 和 10.5 mF cm-2。同时,仅在146 mV的过电势下,催化剂就可以提供10 mA cm-2的电流密度。此外,在计时电流法测量中,它保持了原始电流密度的90%,在长期耐久性测试中经过2000次循环扫描后,过电势也没有显示出明显的衰减。(2)以醋酸钴、聚乙烯吡咯烷酮(K30)、乙二醇为原料,通过水热反应、高温热解、化学气相沉积(CVD)等方法制备了氮掺杂的具有优异析氢反应催化性能的纳米片自组装磷化钴微米球状催化剂(N-doped CoP MSs);通过XRD、TEM、SEM和XPS对催化剂的形貌和物相组成等进行详细表征。该催化剂在0.5 M H2SO4溶液中进行析氢反应性能测试,当电流密度为10 mA cm-2时,对应的过电势为122 mV,塔菲尔斜率为65 mV dec-1,在长达11个小时的计时电流法测试中,催化剂保持了原始电流密度的60%。此外,在经过2000圈循环伏安扫描之后,在10 mA cm-2处的过电位几乎没有变化。(3)以普鲁士蓝类似物(PBA)为前驱体,通过共沉淀法将硼(B)掺杂到PBA体系中,经过在氮气中高温热解、CVD法磷化生成B-dopedCoPNPs。通过改变硼源的投料比,研究不同B掺杂量对催化HER性能的影响。通过一系列的表征和电化学测试得出B与Co的摩尔比为1(B1-doped C oP NPs)时,催化剂表现出最佳的催化性能。采用XRD、TEM、SEM、XPS等表征手段对催化剂的晶相结构、形貌、元素价态等进行相对分析。催化剂B1-dopedC oPNPs在0.5 MH2SO4溶液中催化析氢反应时,极化曲线显示当电流密度为10 mA cm-2时,对应的过电势为123 mV,塔菲尔斜率为75 mV dec-1,I-t曲线显示在经过长达9h的计时电流法测试后,催化剂保持了原始电流密度的74%。此外,在经过2000圈循环伏安扫描之后,在10 mA cm-2处的过电位几乎没有变化。