论文部分内容阅读
传统化石燃料燃烧所造成的环境污染和能源短缺等问题在全球引起了广泛的关注。氢能由于其高能量密度、可持续、清洁无污染以及低分子质量的优点,被认为是从根本性解决能源与环境等全球性问题的理想替代能源。电解水是生产高纯度氢的重要方法,是现代清洁能源技术的重要组成部分。目前,电化学催化制氢使用的Ru O2和Ir O2贵金属催化剂效果较好但较昂贵,且元素储量有限。氧析出反应（OER）涉及多个质子耦合电子转移步骤,动力学缓慢,成为一直困扰电解水制氢领域的难题。为了提高电解水制氢的能量转化效率,寻找新型高效稳定的OER电催化剂是一个值得关注的方向。本论文设计合成了Ce掺杂的MnO2纳米花;Ce掺杂的CuS纳米片和W掺杂的CuS微米花结构,对氧/硫化物催化材料的制备及其析氧反应性能的研究做了以下工作:1、采用氧化还原方法,通过简单水热法合成一系列微量稀土元素Ce掺杂的二氧化锰纳米花,并将其应用于催化析氧反应。研究表明,铈含量为0.0250 mmoL时,Ce-MnO2暴露出更大的比表面积,在1.0 M KOH电解液中,10 mA·cm-2的电流密度下,仅需要221 m V的过电位和44 mV·dec-1的塔菲尔斜率,显示了优异的析氧反应（OER）电催化活性。掺杂对结构的微调并产生丰富缺陷,这一可行的简单合成策略将为廉价高效的非贵金属电催化剂开辟一条新的途径。2、通过简单的溶剂热氧化还原反应方法,成功的将稀土元素Ce掺杂调整CuS纳米管结构用于OER反应。在1.0 M KOH电解液中,在电流密度为50 mA·cm-2下,CuS在最佳Ce含量为0.05 mmoL时,达到172.56 mV·dec-1的塔菲尔斜率和320 mV的过电位。Ce的加入与CuS之间产生强烈的协同作用,同时Ce调节了CuS表面化学状态,产生了丰富缺陷结构,进一步暴露更多的活性位点和加快电解质的运输。3、通过简单的一步水热法制备了钨掺杂的CuS纳米花材料用于OER催化剂。研究表明,W含量为0.10 mmoL时,W掺杂的CuS在50 mA cm-2时过电位只有277 mV,塔菲尔斜率为106 mV·dec-1,表现出电催化活性优异和良好的耐久性。3D的微米花结构,不仅有利于增加催化剂与电解质接触面积,同时暴露更多催化活性位点。因此,掺杂W可能是改善非贵金属催化剂OER活性的方法之一。