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在众多的催化反应中,电催化逐渐引起了研究者的重视。相比于传统催化反应所需的高温高压等条件,电催化反应因其反应条件简单,所需的电能安全经济环保等优点,具有良好的发展前景。探究发现,钴系具有接近贵金属材料的催化性能及丰富的储藏量,被广泛应用于电催化反应,但是由于其易团聚、稳定性差等缺点,限制了其发展。为了解决这个问题,将碳基材料作为催化剂载体,不仅可以使得两者产生协同效应,有效地解决了金属颗粒团聚的问题,而且可以增强催化剂的导电性,使得材料更有利于电催化反应。本文研究以碳基材料为载体、钴系材料为主要活性位点制备复合纳米材料,并将其应用在电催化析氢反应。主要研究内容和结论如下:
1、利用两步煅烧法合成氮掺杂石墨烯/碳纳米管多级碳材料负载碳包裹磷化钴纳米材料,磷化钴纳米均匀地分布在多级碳材料表面,将上述材料用于电催化析氢反应中,其独特的多级结构可以为电催化反应提供更大的催化活性位点以及优异的电导率。实验结果表明该复合材料具备优异的电化学性能,电导率达到17.8scm–1,在0.5M的H2SO4中过电位仅为155mV(电流密度为10mAcm–2),塔菲尔斜率为69.1mVdec–1。此外,该材料还具有优异的电化学稳定性。
2、以ZIF–67为模板,使用煅烧法和离子交换法制备十二面体多孔碳材料负载钌掺杂钴纳米颗粒并将材料用于电催化析氢反应中。在煅烧过程中锌的挥发可以在材料表面留下许多的孔道,大幅增加了材料的比表面积。钌的掺入可以作为催化位点有效增加催化剂的催化活性。上述催化剂材料在碱性条件下催化析氢反应表现出优异的催化性能,在电流密度为10mAcm–2时的过电位为115mV,塔菲尔斜率为51.1mVdec–1。
1、利用两步煅烧法合成氮掺杂石墨烯/碳纳米管多级碳材料负载碳包裹磷化钴纳米材料,磷化钴纳米均匀地分布在多级碳材料表面,将上述材料用于电催化析氢反应中,其独特的多级结构可以为电催化反应提供更大的催化活性位点以及优异的电导率。实验结果表明该复合材料具备优异的电化学性能,电导率达到17.8scm–1,在0.5M的H2SO4中过电位仅为155mV(电流密度为10mAcm–2),塔菲尔斜率为69.1mVdec–1。此外,该材料还具有优异的电化学稳定性。
2、以ZIF–67为模板,使用煅烧法和离子交换法制备十二面体多孔碳材料负载钌掺杂钴纳米颗粒并将材料用于电催化析氢反应中。在煅烧过程中锌的挥发可以在材料表面留下许多的孔道,大幅增加了材料的比表面积。钌的掺入可以作为催化位点有效增加催化剂的催化活性。上述催化剂材料在碱性条件下催化析氢反应表现出优异的催化性能,在电流密度为10mAcm–2时的过电位为115mV,塔菲尔斜率为51.1mVdec–1。