层级海胆状NiCoP可控制备及其电催化性能研究

发布时间：2025-05-27 04:52

　　由于环境危机和能源紧缺,作为可持续绿色能源技术的电解水越来越受到人们的重视。电解水技术包括析氢（HER）和析氧（OER）两个半反应,反应中由于涉及到复杂的多重质子耦合及电子转移过程,导致氢气/氧气析出动力学迟缓,需要较高的过电位来加速反应进行,而较高的过电位限制了全水分解的效率,成为了全水解技术的瓶颈。因此,制备高活性、低反应过电势的双功能催化剂是提高全分解水技术效率的关键步骤。尽管关于全分解水的非贵金属电催化剂的研究已取得较大进展,但设计并合成能够在较低过电势下驱动产生较大电流密度的高效催化剂仍具有较大挑战。本文采用水热法,通过调控水热浓度和水热时间首先在三维结构泡沫镍基底上生长了具有不同形貌的前躯体。通过对比研究发现,水热浓度和水热时间均对前驱体表面形貌、负载量有影响。在合适的水热条件下,可获得具有较高负载量、表面形貌为多级开放海胆状结构的理想前驱体,这种特殊的前驱体表面结构利于提升催化剂的比表面积。然后,选取表面形貌较理想的前驱体进一步水热原位磷化,获得了NiCoP催化剂。在此基础上,对NiCoP的催化性能进行了表征和测试。结果表明:磷化后的材料存在较多的Ni、Co高价态,增加了催...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 制备氢气的方法
        1.2.1 化石能源制氢
        1.2.2 生物质制氢
        1.2.3 水分解制氢
    1.3 析氢电化学基本理论
        1.3.1 电催化分解水简介
        1.3.2 催化剂活性的表征
        1.3.3 析氢活性的影响因素
    1.4 电解水催化剂
        1.4.1 镍基二元合金催化剂
        1.4.2 镍基三元合金电极
        1.4.3 催化剂的结构设计与调控
        1.4.4 水电解催化剂的制备方法
    1.5 本课题的研究内容
第2章 实验方法
    2.1 实验材料及实验仪器
    2.2 材料的表征方法
        2.2.1 X射线衍射分析(XRD)
        2.2.2 扫描电子显微镜分析(SEM)
        2.2.3 表面能谱分析(EDS)
        2.2.4 X射线光电子能谱分析(XPS)
        2.2.5 透射电子显微镜(TEM)
    2.3 电化学测试
        2.3.1 电极及表面处理
        2.3.2 电化学析氢实验
        2.3.3 电化学析氧实验
    2.4 本章小结
第3章 水热法制备三元镍钴磷合金
    3.1 密度泛函理论计算(DFT)
    3.2 试样制备
        3.2.1 前驱体制备
        3.2.2 NiCoP制备
    3.3 试样结构表征
        3.3.1 不同溶液浓度制备前驱体SEM图
        3.3.2 NiCoP样品的SEM和 EDS
        3.3.3 磷化后的负载量测试
        3.3.4 磷化后催化剂的TEM测试
        3.3.5 对磷化前后样品的XPS分析
    3.4 本章小结
第4章 多级海胆状结构NiCoP的电催化性
    4.1 析氢催化性能研究
        4.1.1 HER性能测试
        4.1.2 HER催化活性表面积测试
        4.1.3 HER稳定性测试
    4.2 析氧催化性能研究
        4.2.1 OER催化性能测试
        4.2.2 OER催化活性表面积测试
        4.2.3 OER催化稳定性测试
    4.3 全水解催化性能
    4.4 三元非贵金属水分解催化性能对比
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术论文
致谢



本文编号：4047543