氮化钴多孔纳米线材料的制备及其光辅助电催化性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）氮化钴多孔纳米线材料的制备及其光辅助电催化性能研究硕士研究生：薛子亮指导教师：陈玉金教授企业导师：周明军高级工程师工程领域：光学工程论文主审人：杨兴华教授哈尔滨工程大学2018年6月分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）氮化钴多孔纳米线材料的制备及其光辅助电催化性能研究硕士研究生：薛子亮指导教师：陈玉金教授学位级别：工程硕士工程领域：光学工程所在单位：理学院论文提交日期：2018年4月论文答辩日期：2018年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.

2、D.C:ADissertationfortheProfessionalDegreeofMaster（MasterofEngineering）PreparationandPhotoassistedElectrocatalyticPerformanceofCobaltNitridePorousNanowiresCandidate:XueZiliangSupervisor:Prof.ChenYujinAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringEngineeringField:OpticalEngineerin

3、gDateofSubmission:Apr.2018DateofOralExamination:Jun.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字

4、）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程

5、大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日摘要随着新时代的快速发展，对传统化石燃料的需求量也越来越大，由于传统化石燃料的过度使用，导致能源出现了危机，同时环境污染问题也愈发严重。因此，需要清洁的可再生能源来代替化石能源。氢气作为一种高热值、无污染的清洁能源，为解决能源短缺和环境污染问题带来了新的希望。电化学分解水是一种高效的能量存储的方法。目前，铂和铂基催化剂在电化学析氢反应（HER）中表现出最高效的催化活性，二氧化铱和二氧化钌具有优异的析氧反应（OER）催化性能，由于其储量少，价格高等因素限制了它们的大规模应

6、用。因此，需要研究一种廉价的、高效的、稳定的双功能催化剂来取代贵重金属催化剂。光解水也是一种制备高纯度氢气的方法，其优点是利用太阳光来驱动水解反应，缺点是产生的电流小。考虑将两种方法进行结合进行水解，不仅可以提升水解的速率，也可以减少电能的消耗。钴基催化剂在电化学水解中表现出优异的催化性能。本文通过水热法在碳布基底上直接生长碱式碳酸钴纳米线，然后经过高温处理形成了多孔的氮化钴纳米线。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪以及X射线光电子能谱仪等仪器对样品进行形貌和机构的表征。表征结果表明，氮化钴多孔纳米线的长度约为7μm，直径约为135n

7、m，形成多孔的颗粒的大小在5-20nm之间，而且氮化钴纳米线的结晶度较高。本文采用标准的三电极系统，在电化学工作站中测试了氮化钴多孔纳米线自支撑电极的析氢反应和析氧反应的催化性能。结果表明，CoN-400/CC电极在析氢和析氧反应中都表现出极好的催化性能。在析氢反应中，要实现10mAcm-2的电流密度，CoN-400/CC电极需要97mV的过电势，在析氧反应中，要驱动10mAcm-2的电流密度，CoN-400/CC电极需要251mV的过电势。CoN-400/CC电极除了优异的电催化活性，其对于紫外-可见光具有强烈的吸收，因此在光辅助的条件下，其电催

8、化性能有明显的增益。考虑氮化钴多孔纳米线自支撑材料是一种无贵重金属且高活性的双功能电催化剂，因此将CoN-400/CC电极