鎳基硫?qū)倩衔镫姶呋纸馑茪浼{米復(fù)合電極的制備與性能研究

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1、分類號(hào):TQ116.210710-2015131033碩士學(xué)位論文鎳基硫?qū)倩衔镫姶呋纸馑茪浼{米復(fù)合電極的制備與性能研究葉鋒導(dǎo)師姓名職稱郭亞杰副教授申請(qǐng)學(xué)位類別碩士學(xué)科專業(yè)名稱材料加工工程論文提交日期2018年5月2日論文答辯日期2018年5月24日學(xué)位授予單位長(zhǎng)安大學(xué)PreparationandPerformanceofNickel-BasedChalcogenidesnanocompositeelectrodeforWaterSplittingAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:YeF

2、engSupervisor:AssociateProf.GuoYajieChang’anUniversity,Xi’an,China摘要傳統(tǒng)化石能源的過(guò)度使用帶來(lái)的能源危機(jī)和環(huán)境問題迫使得人們對(duì)清潔能源的需求愈發(fā)強(qiáng)烈。氫能具有高能量密度且無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),被視為一種理想的清潔能源,而在所有制氫技術(shù)中,電解水制氫技術(shù)由于其具有高效率和低能耗等特性,已引起了全世界的廣泛關(guān)注。然而現(xiàn)階段水解制氫仍擺脫不了過(guò)度地依賴貴金屬催化劑的局面,如此極大地增加了其商業(yè)成本,因此為了推進(jìn)水解制氫技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用,設(shè)計(jì)和開發(fā)出新型高效且廉價(jià)的析氫催化劑變得極其重要。著眼于此

3、,本文采用水熱反應(yīng)和化學(xué)氣相沉積兩步法,并通過(guò)調(diào)控水熱反應(yīng)條件和化學(xué)氣相反應(yīng)工藝來(lái)制得了高催化活性的水分解析氫電極,基于析氫性能研究的同時(shí),本文還對(duì)其析氧行為進(jìn)行了研究,并構(gòu)筑了雙電極體系,進(jìn)一步研究了其全解水性能。具體研究?jī)?nèi)容如下所示:1.首先采用水熱法,并通過(guò)調(diào)控水熱合成條件,在碳纖維紙上制備出了近乎垂直于其自身的Ni2(CO3)(OH)2納米線,進(jìn)一步以該納米線為前驅(qū)體,并調(diào)控化學(xué)氣相硫化反應(yīng)工藝,制得了具有草叢狀形貌的NiS2納米線催化劑,并以此作為析氫反應(yīng)電極進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試,發(fā)現(xiàn)相對(duì)于NiS-22納米片和Ni2(CO3)(OH)2納米線,

4、在驅(qū)動(dòng)10mA·cm的陰極電流密度時(shí),NiS2納米線具有更低的過(guò)電位(166mV),進(jìn)一步的析氧反應(yīng)測(cè)試,發(fā)現(xiàn)其具有更高的析氧活性,只需246mV的過(guò)電位,就能驅(qū)動(dòng)10mA·cm-2的陽(yáng)極電流密度。此外,采用雙電極法對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試,結(jié)果表明了其同樣具有良好的全解水催化活性。上述數(shù)據(jù)都表明了其具有優(yōu)良的雙功能電催化性能。2.以Ni2(CO3)(OH)2納米線為前驅(qū)體,采用化學(xué)氣相硒化反應(yīng)法在碳纖維紙上原位生長(zhǎng)出納米線/納米顆粒混雜結(jié)構(gòu)的NiSe2(H-NiSe2)催化劑,并通過(guò)改變硒化工藝,制備出了NiSe2納米顆粒催化劑,從而得到了兩種自支撐一

5、體化水分解析氫電極。得益于表面多孔結(jié)構(gòu)和極細(xì)的納米晶粒,H-NiSe2電極具有更高的雙功能催化活性。在1MKOH溶液中,驅(qū)動(dòng)電流密度為10mA·cm-2時(shí),H-NiSe2電極所需析氫和析氧過(guò)電位分別為260mV和295mV,低于NiSe2納米顆粒的266mV和335mV,同時(shí)前者在0.5MH2SO4溶液中驅(qū)動(dòng)10mA·cm-2時(shí)所需過(guò)電位只需194mV,比后者(205mV)具有更低的過(guò)電位。此外其在電解液中良好的穩(wěn)定性表明了其在能源轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用潛力。I關(guān)鍵詞:水熱反應(yīng),化學(xué)氣相沉積,電極,電催化IIAbstractTheenergyc

6、risisandenvironmentalproblemscausedbytheoveruseoffossilenergyhaveforcedpeopletohavemoreandmorestrongerdemandforcleanenergy.Hydrogenenergyhastheadvantagesofhighenergydensityandnopollution,whichisconsideredasanidealcleanenergy,andhydrogenproductionbywaterelectrolysishasattracted

7、worldwideattentionforitshighefficiencyandlowenergyconsumptioninallhydrogenproductiontechnology.However,hydrogenproductionbywaterelectrolysisstillneedstobeoverlydependentonthenoblemetalcatalyst,whichgreatlyincreasesitscommercialcost,Inordertolarge-scaleapplicationofhydrolytichy

8、drogenproductiontechnology,thedesignanddevelopmentofaneweffic

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