论文部分内容阅读
随着化石燃料的减少和环境污染的加剧,开发清洁的可再生能源成为当务之急,电解水也许提供了一个经济有效的方式来制备清洁的氢气。电解水涉及两个反应:阴极析氢反应（HER）和阳极析氧反应（OER）,迄今为止,铂族金属及其氧化物,诸如Pt,IrO2,RuO2,被认为是最好的电解水的催化剂。然而,由于它们价格昂贵、储量稀少,难以用于商业,因此,我们应该开发新的HER/OER催化剂来解决氢能源问题。二维纳米材料因其储量丰富,比表面积大,性质独特而备受人们关注,对其纳米结构进一步调控,可以进一步增加反应活性位点,表面缺陷。本文合成了不同形貌、结构的二维纳米材料,并对其电解水催化性能进行了探究。主要工作为:（1）通过原位水解和外延生长,把超薄的四氧化三钴（Co3O4）纳米片均匀沉积到化学法剥离的硫化钼纳米片（ex-MoS2）上,形成Co3O4/ex-MoS2复合材料。这种非贵金属材料可以提高析氧反应的活性和稳定性,从而成为卓越的析氧反应催化剂。MoS2的引入可以提高Co3O4的导电性,并且在Co3O4电化学活化过程中,会产生更多的Co3+,从而避免了高电位极化下Co3O4的分解,提高了催化剂的稳定性。所以,这种新型的Co3O4/ex-MoS2复合材料析氧活性高,电流密度为 10 mA cm-2 时,Tafel 斜率低（36 mV dec-1）,过电位（η）低（290 mV）,析氧反应的稳定性好,10000圈循环伏安之后,活性仍为95.2%。（2）通过溶剂热反应方法将超薄硫化钼（MoSx）纳米片均匀地负载在多壁碳纳米管（MWCNTs）上,制备出硫化钼/多壁碳纳米管复合材料（MoSx@MWCNT）,这种MoSx纳米片活性位点多,褶皱边缘多,表面富含不饱和的S原子,并且为核壳结构,有利于电子转移和电荷运输,因而析氢反应性能优越。实验证明,在0.5MH2SO4溶液中,以标准氢电极（SCE）为基准,电流密度为10mAcm-2时,我们所制备的毛毛虫状的MoSx@MWCNT的析氢过电位（η）为 102mV,Tafel 斜率（b）为 35 mV dec-1,在-150 mV 电位下极化 5小时,其析氢活性没有明显的衰减。（3）通过离子交换把氢氧化钴镍前驱体转化为硒化钴镍,成功制备出硒化钴镍碳布复合物（Ni0.7Co0.3Se2/CC）,这种复合物具有大的比表面积,有利于离子运输和电荷转移,使得它成为优良的电解水析氢反应和电解水析氧反应的催化剂。合成的Ni0.7Co0.3Se2/CC拥有较好的析氢反应催化活性:在0.5 M H2SO4中,电流密度为10 mAcm-2时,Tafel斜率为31.6 mV dec-1,过电位为108 mV。析氧反应催化活性的测定是在1 M KOH溶液中进行的,电流密度为10 mAcm-2时,Tafel斜率为42.3 mV dec-1,过电位为258 mV。这种复合物催化活性高,稳定性好,有望成为替代贵金属的电解水催化剂。