硒化物基納米陣列的可控制備及其電解水性能研究.pdf

1、氫能源作為一種新型二次能源有著清潔高效的優(yōu)點(diǎn)。而電解水制氫工藝則是最高效綠色的制氫方式之一，將會(huì)是未來獲取氫能源的主要途徑，因此受到人們廣泛的關(guān)注。但是由于電解水過程中過高的過電勢(shì)導(dǎo)致了電能消耗的增加，以及當(dāng)前工業(yè)上作為電解水催化劑的貴金屬過于昂貴稀有，導(dǎo)致電解水技術(shù)很難大規(guī)模應(yīng)用。因此當(dāng)前研究人員普遍選擇用廉價(jià)高效的過渡金屬化合物替代貴金屬作為電解水催化劑，而過渡金屬硒化物則是一種有較大潛力的析氫析氧雙功能催化劑，近年來被廣泛研究。但

2、是，如何設(shè)計(jì)調(diào)控硒化物的形貌結(jié)構(gòu)使其可以暴露更多活性位點(diǎn)并提高穩(wěn)定性以及如何選擇合適的材料與硒化物復(fù)合從而更大地提升電化學(xué)性能依然是個(gè)挑戰(zhàn)。
　　為了解決上述問題，本論文工作將層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)引入到硒化物材料的制備過程，分別將LDHs作為前體制備硒化物和將LDHs與硒化物進(jìn)行復(fù)合組裝，得到了兩種全解水性能十分優(yōu)異的硒化物基催化材料。并進(jìn)一步對(duì)材料的結(jié)構(gòu)與組成進(jìn)行了精細(xì)的調(diào)控，研究了影響硒化物基材料電催化性能的內(nèi)在機(jī)制

3、。本論文工作為了得到高效，穩(wěn)定，制備溫和簡(jiǎn)便的全解水催化劑做出了有效的探索。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)二維(Ni，Co)0.85Se納米陣列的可控制備及其電解水性能研究。首先用快速的電合成方法在泡沫鎳上制備了NiCo-LDH陣列，然后將NiCo-LDH作為前體進(jìn)行硒化最終得到二維(Ni，Co)0.85Se納米片陣列(NSAs)。作為雙功能催化劑，(Ni，Co)0.85Se NSAs展示出優(yōu)秀的析氫與析氧性能。且在兩電極體系下，

4、(Ni，Co)0.85Se NSAs僅需要1.65V來達(dá)到電流密度10mA cm-2，十分接近于商用的IrO2‖Pt/C，并有著長(zhǎng)達(dá)50小時(shí)的穩(wěn)定性。本工作通過改變硒化時(shí)間進(jìn)一步研究了硒化程度對(duì)材料的影響，最后得出硒化8小時(shí)的材料性能最優(yōu)，硒化時(shí)間過長(zhǎng)反而會(huì)導(dǎo)致性能下降。同時(shí)本工作也通過改變制備LDHs時(shí)鎳鈷的投料比進(jìn)而調(diào)控(Ni，Co)0.85SeNSAs的鎳鈷比例，并通過測(cè)試得出在鎳鈷投料比為1∶1時(shí)，(Ni，Co)0.85SeNS

5、As有著最好的性能。最后通過對(duì)比硒化前后鎳與鈷的XPS譜圖，分析了硒化物性能優(yōu)于LDHs的內(nèi)在機(jī)理，證明了Se離子對(duì)于材料電子結(jié)構(gòu)有重要的調(diào)節(jié)作用。
　　(2)Ni0.85Se@NiFe-LDH核殼結(jié)構(gòu)納米陣列的可控制備及其電解水性能研究。首先以泡沫鎳作為鎳源經(jīng)過硒化制備出泡沫鎳上原位生長(zhǎng)的Ni0.85Se納米線，將NiFe-LDH以電合成的方法快速包裹在Ni0.85Se納米線上，得到核殼結(jié)構(gòu)的Ni0.85Se@NiFe-LDH。

6、作為雙功能催化劑，Ni0.85Se@NiFe-LDH展示出比NiFe-LDH與Ni0.85Se更為優(yōu)秀的析氫與析氧性能，其僅需要1.51V電壓即可達(dá)到10mA cm-2水分解電流，是目前報(bào)道的眾多全解水材料中性能最好的之一。本論文工作同時(shí)也通過改變NiFe-LDH電沉積的時(shí)間從而調(diào)控納米線上NiFe-LDH的包覆量，通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在50s時(shí)材料展示出了最好的性能，證明了LDH包覆量適中可以使材料性能最優(yōu)化。最后通過與其它相似材料進(jìn)行對(duì)比