几种类石墨烯二维材料的设计、合成及其电催化性能研究

来源 :陕西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jingjing17_
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氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)是目前能源储存与转换领域的研究热点之一。由于OER和ORR反应是一个动力学缓慢的过程,所以开发性能优异的电催化剂是至关重要的。目前,商业上常用的大多是贵金属基催化剂,由于其地壳中含量低、高昂的成本限制了贵金属基催化剂的发展和应用,为了解决这一问题科研工作者不遗余力地提升过渡金属基催化剂的性能以代替贵金属基催化剂。本论文主要针对氧还原反应和析氧反应所涉及的催化剂进行设计和探索。主要研究内容有以下三个方面:1.采用g-C3N4为模板,通过热分解方法合成了钒掺杂的二硫化钼(V-MoS2)纳米片。在该合成过程中,层状g-C3N4充当牺牲模板以抑制片层材料V-MoS2的堆叠,硫脲分解产生H2S气体有助于多孔结构MoS2纳米片的形成。多孔结构的存在增大了比表面积,显著地增强了材料的活性。偏钒酸铵中的V离子掺杂到MoS2纳米片中,不仅可以调整材料的电学性质和能带结构,而且为催化提供丰富的活性位点。V-MoS2纳米片起始电位为0.85V,表现出优异的ORR催化性能。采用V-MoS2为催化剂,ORR为四电子的转移过程。2.通过盐模板法(NaCl)合成了超薄硫代亚磷酸铁(FePS3)纳米片,NaCl晶面可以作为二维纳米片生长导向。采用该方法合成的高结晶性Co掺杂FePS3超薄纳米片在碱性溶液中具有OER电催化性能。钴含量对催化活性有显著的影响。其中Co-FePS3-15纳米片在电流密度为10 mA cm-2时所需过电位为310 mV,Tafel斜率为61 mV dec-1。3.采用模板导向的液相合成技术,以层状双金属氢氧化物(LDH)为模板,完成了二维非层状钴基普鲁士蓝材料(Co-PB)的制备。二维钴基普鲁士蓝/乙炔黑AB复合材料具有较好的OER催化活性。在电流密度为10 mA cm-2时Co-PBs-1所需的过电势为390 mV,Tafel 斜率为 53 mV dec-1。
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