过渡金属硫(硒)化合物/功能化碳材料催化电解水析氢的研究

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氢气被认为是有望取代传统化石燃料的最清洁能源之一,在诸多析氢技术中,电催化分解水析氢(HER)被认为是最清洁的可循环技术。为了提高电催化还原水析氢的效率和速率,需要开发高效的电催化剂。目前,活性最好的HER催化剂是Pt基催化剂。然而,贵金属Pt储量少,价格高,限制了其大规模使用,因此,开发廉价、高效的非贵金属催化剂成为了研究热点。杂原子掺杂的功能化碳材料负载过渡金属硫(硒)化物,因结合了碳材料良好的导电性和过渡金属硫(硒)化物良好的催化活性而成为研究的热点。本论文以构建杂原子掺杂的功能化碳材料负载二硫化钼(MoS2)和硒化钴(CoSe2)催化剂为目标,进行以下研究:(1)以ZIF-8为前驱体,ZnCl2为活化剂,通过高温热解碳化制得氮掺杂的碳材料(NCNH)。以所NCNH为载体,分别制备了负载型催化剂Mo S2/NCNH和CoSe2/NCNH。并对载体的热解温度和催化剂的负载量进行了考察。结果表明,催化剂Mo S2/NCNH-800-50和CoSe2/NCNH-800-170的催化活性最高,在0.5mol/L H2SO4中,其起始还原电位分别为-221 mV和-178 m V(vs RHE),其塔菲尔斜率分别为50 mV/dec和85 m V/dec。而且,两种催化剂具有较好的循环稳定性。(2)以均苯四甲酸酐和联苯胺为原料,通过高温热解制备类石墨烯碳材料(MCS-1)。以MCS-1为载体,制备了两种负载型催化剂MoS2/MCS-1和CoSe2/MCS-1,并对载体的热解温度以及催化剂的负载量进行了优化。结果表明,所制备的催化剂Mo S2/MCS-1-800-80和Co Se2/MCS-1-800-100表现出了优异的电催化析氢活性,在0.5 mol/L H2SO4中,其起始还原电位分别为-207 mV和-189 m V(vs RHE),其塔菲尔斜率分别为50 mV/dec和72 mV/dec。而且,两种催化剂均表现出了较好的循环稳定性。(3)制备了硫掺杂的石墨碳材料(SDGC),以SDGC为载体,制备了两种负载型催化剂Mo S2/SDGC和CoSe2/SDGC,并对硫的掺杂量和载体的热解温度进行了优化,所制备的催化剂Mo S2/SDGC-4-800-50和Co Se2/SDGC-2-800-60表现出了良好的电催化析氢活性,在0.5 mol/L H2SO4中,起始还原电位分别为-193 mV和-178 mV,Tafel斜率分别为60 mV/dec和73 mV/dec,并且两种催化剂均表现出了较好的循环稳定性。
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