论文部分内容阅读
当今社会,气候的变化和资源的枯竭使人们对可再生能源和载体的需要极为迫切。氢作为一种能源载体一直受到人们的高度关注。因为它具有最高的能量密度,在电化学能能转换过程中,没有二氧化碳放出。天然气和甲醇的蒸汽是重组工业制氢是目前的工业制氢方法。这个生产技术占主导地位主要是因为天然气高的可用性和低廉的价格,但是天然气不是可再生能源并且释放的CO2不能被解决。氢气和水之间的转化是一种对环境负责任的,无碳释放的产氢方式,然而,在不使用贵金属催化剂的情况下,析氢反应的进行仍然存在困难。于是,析氢反应催化剂的选择成了热点问题,早期研究发现,Pt系金属是最好的催化剂,但是价格很高,以及其稀缺性使其大规模的应用受到了制约。对酸稳定且廉价的非贵金属催化剂的研究必然成为解决问题的主要途径,但是微生物水的电解又是在中性环境中。因此,我们面临的一个极大的挑战是pH条件下高活性、长久稳定的析氢催化剂的开发。过渡金属磷化物（TMPs）既有金属合金的性质,也具有特别高的导电性,其形成的是磷原子进入到过渡金属晶格中,而形成的间隙化合物。本论文,我们主要针对三种不同形貌的磷化钴（CoP）纳米电催化剂的制备以及对其电化学析氢性能做了探究,主要包括以下三个方面的内容:1.以碳布为基底,先通过水热法在碳布上生长前驱体氟代氢氧化钴的矩形纳米片阵列,随后我们采用低温磷化处理的方法得到了矩形的CoP纳米片阵列。发现在全pH条件下,矩形CoP纳米片阵列具有高效的催化性能,稳定性以及100%的法拉第电流效率。在酸性、中性和碱性环境中,我们分别施加92、160和90 mV,产生的电流密度就达到-10 mA/cm2。2.以碳布为基底,通过水热法将前驱体CoF2·4H2O纳米线生长到碳布上,随后低温磷化前驱体（Co（OH）F NW）制备磷化钴的纳米线（CoP NW）。然后利用电沉积的方法在纳米线上生长氢氧化钴纳米片,再次采用低温磷化的方法将所制备的复合结构磷化成CoP纳米线上生长有CoP纳米片的三维结构。研究发现在全pH条件下,此三维结构表现出高效的催化性能,稳定性以及100%的法拉第电流效率。在酸性、中性以及碱性环境中,我们分别施加90、174和84 mV的过电位时,电流密度就可以达到-10 mA/cm2。3.以碳布为基底,先通过水热法在碳布上生长准立方体状的碱式碳酸钴纳米片簇,然后采用低温磷化的方法,制备了花状的CoP纳米片簇。发现在全pH条件下,花状的CoP纳米片簇具有高效的催化性能,稳定性以及100%的法拉第电流效率。在酸性、中性和碱性环境中,我们要达到电流密度得到达-10 mA/cm2时,分别需要施加87、110和55 mV的过电位。