论文部分内容阅读
近年来,人们对清洁可持续能源替代传统燃料的需求日益渐长,分子氢(H2)作为一种很有发展前景的清洁可再生能量载体,其相关研究日益受到人们关注。电化学或光化学分解水是一种经济有效的产氢方式。在现有催化剂中,铂族贵金属催化剂分解水具有最高的析氢反应(HER)性能和稳定性。但是其自身价格昂贵且储量有限的特点在很大程度上限制了它们的广泛应用。因此,急需制备出一种成本低廉且原料丰富的金属基化合物来代替贵金属,大规模应用于分解水析氢方面。过渡金属化合物作为一种高效丰富的析氢催化剂日益备受青睐,例如氮化物、碳化物、硫化物和磷化物。在以上的金属基化合物中,过渡金属磷化物(TMPs),尤其是钴基磷化物,被认为是一种最具有竞争性的化合物。然而目前它的析氢性能还是很难与贵金属的析氢性能相抗衡,并且其制备过程具有复杂性,还会有磷化氢等有毒物质生成。因而对TMPs的制备方法和性能进行改善显得尤为重要。本文主要针对TMPs的光催化和电催化分解水析氢的研究背景、合成过渡金属磷化钴的方法和TMPs的结构对析氢性能的影响进行了着重研究。在本论文中,首次报道了利用水热法在3 h内快速制备出磷化钴,之后通过改善磷化钴生成纳米复合材料来进一步分析该复合材料对析氢性能的影响。这对于应用简单无污染的方法制备磷化物用来替代铂族贵金属,并用于大规模分解水析氢等方面具有很大的指导意义。(1)应用简单快速的水热法直接合成磷化钴微米球,再以生成的磷化钴为基底溶液,在室温条件下,在磷化钴(Co2P)上原位生成硫化镉(Cd S)。通过调节Cd S在Co2P基底溶液中的反应时间,进而考察Cd S纳米线生长在Co2P上形成的复合材料对光催化析氢反应的影响,同时分析了该结构的光催化析氢性能增强机理。(2)应用简单高效的一步水热法,直接生成氧化还原石墨烯(r GO)成分可控的Fe Co2P/r GO纳米复合材料,在碱性环境中对该复合材料进行析氢性能和稳定性测试。经测试分析表明,同时掺杂金属元素和复合导电基底对该催化剂的析氢性能具有协同作用,很大程度上改善了单相磷化钴在碱性环境中的析氢性能。(3)应用两步简单高效的水热法合成Ni(OH)2/Co2P纳米复合物。第一,应用简单有效的一步水热法合成Co2P微米球。第二,再以Co2P为基底乙醇溶液,通过加入不同摩尔量的镍源,生成具有不同Ni(OH)2含量的Ni(OH)2/Co2P纳米复合物。理论分析该结构的电催化析氢反应机理,进而考察该纳米复合物在碱性环境中的电催化析氢性能。