非貴金屬復合材料電解水產氫性能的研究.pdf

1、全球范圍內不斷增加的能源需求和持續(xù)惡化的環(huán)境問題迫使人類必須減少對化石燃料的依賴，不斷尋求可循環(huán)、廉價、清潔和環(huán)境友好的新能源。在各種替代能源中，氫氣不僅一種高熱值、無污染的能源而且是能源存儲和運輸?shù)淖顑?yōu)載體。
　　目前，氫氣的獲取主要是通過水分解的方式。然而，水分解析氫在動力學上確是一個很難發(fā)生的過程，并且需要使用鉑等貴金屬催化劑。然而，這些貴金屬催化劑的稀缺性和高價格極大地抑制了其在商業(yè)上的大規(guī)模應用。盡管如此，鉑基貴金屬材料

2、依舊可以用非貴金屬納米材料（如:過渡金屬硫化物、過渡金屬磷化物、碳基非金屬材料）來替代。這些非貴金屬材料不僅在析氫性能上與鉑基催化劑接近，而且含量豐富，價格低廉。因此這些材料必然會成為未來電解水產氫的主要催化劑。本文主要分為以下三章:
　　第一章，主要介紹電解水產氫的總體概況。我們首先從電解水析氫的反應機理了解整個反應過程;接著通過過電位、塔菲爾斜率、交換電流密度、電化學阻抗和電化學活性面積等主要參數(shù)分析電解水析氫的影響因素;最后

3、分析在不同pH條件下電解水析氫的效率及反應過程的差異。除此之外，還介紹了電解水析氫反應催化劑的研究進展，著重總結過渡金屬化合物和非金屬復合物催化劑的研究進展。從中可以得出非貴金屬催化劑的研究已經取得了很大的突破，非貴金屬催化劑在未來必將取代貴金屬催化劑。
　　第二章，介紹了黑磷-二硫化鉬復合納米片的電解水析氫反應的研究情況。我們首先合成了二維黑磷納米片，并用水熱法將此納米片與二硫化鉬納米片結合。通過運用多種表征手段，可以確定已經形

4、成了黑磷-二硫化鉬Ⅱ類異質結。接著，對此復合物進行電化學測試，發(fā)現(xiàn)其產氫速率比單一材料有了很大的提升。由Mott-Schottky曲線可以得出:二硫化鉬和黑磷納米片的費米能級處在不同的位置，二者結合后，會有大量的電子由黑磷流向二硫化鉬。于是，便會增加二硫化鉬的催化活性，降低析氫反應的吉布斯自由能，增加電解水析氫反應的速率。
　　第三章，總結了本文工作的重點，展望了非貴金屬電化學析氫催化劑的應用前景，并從材料復合的設計、催化劑的構造