论文部分内容阅读
电化学分解水是制氢的有效方法之一。传统的贵金属类催化剂尽管表现出优异的电催化活性,但高成本和低储量的问题在很大程度上限制了其大规模的应用。研究发现,廉价高效的过渡金属硫化物（如MoS2）近年来受到人们的关注,该类二维材料已被广泛用于电催化析氢反应（HER）中。然而,纯MoS2本身存在易团聚、导电性差等缺点,严重影响了此类催化剂的HER性能。本论文以改善MoS2分散性和导电性为出发点,通过水热/溶剂热法在金属有机骨架（MOFs）衍生物表面均匀且垂直地包裹MoS2纳米片,致力于构筑具有核壳结构的MOFs衍生物@MoS2复合材料。在此基础上,开展了该类复合结构在电催化析氢领域中的应用研究。主要工作如下:（1）通过共沉淀法制备了十二面体形貌的Zn-MOF纳米粒子,将其高温煅烧后得到氮掺杂的多孔碳（NC）,再采用水热法将NC与MoS2纳米片组装构筑NC@MoS2复合材料。研究表明,复合材料具有典型的核壳结构,其中MoS2纳米片均匀且致密地包裹在NC十二面体的表面,可以通过改变复合结构中NC的含量有效调控外层MoS2的包覆效果。适当NC含量的复合材料（NC2@MoS2）具有最小的析氢过电位(200 mV,10 mA cm-2)和Tafel斜率(53 mV dec-1)以及高的稳定性和耐久性。此类复合材料优异的电催化析氢性能可归因于独特的核壳结构及各组元之间的协同作用。（2）通过共沉淀法制备了十二面体形貌的双金属ZnCo-MOF纳米粒子,经高温煅烧后得到双金属/氮共掺杂的多孔碳（ZnCo/NC）,再利用水热法将ZnCo/NC与MoS2纳米片组装构筑具有核壳结构的ZnCo/NC@MoS2复合材料。研究发现,通过改变复合结构中Zn/Co的摩尔比可以达到调控ZnCo-MOF粒径的目的,并实现外层MoS2纳米片层厚度的有效控制。其中,适当Zn/Co摩尔比的复合材料（ZnCo/NC-0.33@MoS2）表现出最小的析氢过电位(130 mV,10 mA cm-2)和Tafel斜率(60.2 mV dec-1)以及高的循环稳定性和耐久性。此类复合材料优异的电催化析氢性能可归因于结构中合适的Zn/Co摩尔比、独特的核壳结构以及各组元之间的协同效应。（3）通过共沉淀法制备了立方体形貌的NiCo-PBA纳米粒子,将其高温磷化后得到NiCo-P/NC凹面立方体,再利用溶剂热法将NiCo-P/NC与MoS2纳米片组装制备具有核壳结构的NiCo-P/NC@MoS2复合材料。研究表明,复合材料的电催化析氢性能远优于纯MoS2和NiCo-P/NC,而且磷化温度对复合材料的HER性能有着显著影响。合适磷化温度构筑的复合材料（NiCo-P/NC-350@MoS2）具有最小的析氢过电位(138 mV,10 mA cm-2)和Tafel斜率(78.1 mV dec-1)以及良好的稳定性和耐久性,这可归因于NiCo-P/NC中空结构固有的催化活性、复合材料独特的核壳结构及各组元之间的协同效应。