镍基硫属化合物电催化分解水制氢纳米复合电极的制备与性能研究

《镍基硫属化合物电催化分解水制氢纳米复合电极的制备与性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号:TQ116.210710-2015131033硕士学位论文镍基硫属化合物电催化分解水制氢纳米复合电极的制备与性能研究叶锋导师姓名职称郭亚杰副教授申请学位类别硕士学科专业名称材料加工工程论文提交日期2018年5月2日论文答辩日期2018年5月24日学位授予单位长安大学PreparationandPerformanceofNickel-BasedChalcogenidesnanocompositeelectrodeforWaterSplittingAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YeF

2、engSupervisor：AssociateProf.GuoYajieChang’anUniversity,Xi’an,China摘要传统化石能源的过度使用带来的能源危机和环境问题迫使得人们对清洁能源的需求愈发强烈。氢能具有高能量密度且无污染等优点，被视为一种理想的清洁能源，而在所有制氢技术中，电解水制氢技术由于其具有高效率和低能耗等特性，已引起了全世界的广泛关注。然而现阶段水解制氢仍摆脱不了过度地依赖贵金属催化剂的局面，如此极大地增加了其商业成本，因此为了推进水解制氢技术的大规模应用，设计和开发出新型高效且廉价的析氢催化剂变得极其重要。着眼于此

3、，本文采用水热反应和化学气相沉积两步法，并通过调控水热反应条件和化学气相反应工艺来制得了高催化活性的水分解析氢电极，基于析氢性能研究的同时，本文还对其析氧行为进行了研究，并构筑了双电极体系，进一步研究了其全解水性能。具体研究内容如下所示：1.首先采用水热法，并通过调控水热合成条件，在碳纤维纸上制备出了近乎垂直于其自身的Ni2(CO3)(OH)2纳米线，进一步以该纳米线为前驱体，并调控化学气相硫化反应工艺，制得了具有草丛状形貌的NiS2纳米线催化剂，并以此作为析氢反应电极进行电化学测试，发现相对于NiS-22纳米片和Ni2(CO3)(OH)2纳米线，

4、在驱动10mA·cm的阴极电流密度时，NiS2纳米线具有更低的过电位（166mV），进一步的析氧反应测试，发现其具有更高的析氧活性，只需246mV的过电位，就能驱动10mA·cm-2的阳极电流密度。此外，采用双电极法对其进行电化学测试，结果表明了其同样具有良好的全解水催化活性。上述数据都表明了其具有优良的双功能电催化性能。2.以Ni2(CO3)(OH)2纳米线为前驱体，采用化学气相硒化反应法在碳纤维纸上原位生长出纳米线/纳米颗粒混杂结构的NiSe2(H-NiSe2)催化剂，并通过改变硒化工艺，制备出了NiSe2纳米颗粒催化剂，从而得到了两种自支撑一

5、体化水分解析氢电极。得益于表面多孔结构和极细的纳米晶粒，H-NiSe2电极具有更高的双功能催化活性。在1MKOH溶液中，驱动电流密度为10mA·cm-2时，H-NiSe2电极所需析氢和析氧过电位分别为260mV和295mV，低于NiSe2纳米颗粒的266mV和335mV，同时前者在0.5MH2SO4溶液中驱动10mA·cm-2时所需过电位只需194mV，比后者（205mV）具有更低的过电位。此外其在电解液中良好的稳定性表明了其在能源转换技术领域拥有广阔的应用潜力。I关键词：水热反应，化学气相沉积，电极，电催化IIAbstractTheenergyc

6、risisandenvironmentalproblemscausedbytheoveruseoffossilenergyhaveforcedpeopletohavemoreandmorestrongerdemandforcleanenergy.Hydrogenenergyhastheadvantagesofhighenergydensityandnopollution,whichisconsideredasanidealcleanenergy，andhydrogenproductionbywaterelectrolysishasattracted

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

8、drogenproductiontechnology,thedesignanddevelopmentofaneweffic