氧缺位過(guò)渡金屬硫?qū)倩?碳納米纖維復(fù)合材料的計(jì)及其電解水應(yīng)用.pdf

1、氧氣(H2)作為一種有高能量密度的綠色能源，被認(rèn)為是最有希望取代化石燃料成為新一代主要能源的材料，電解水制備氫氣是一種高效可靠和可以實(shí)現(xiàn)低成本、零排放的制備高純度氫氣的方法和技術(shù)。電催化水分解包括兩個(gè)半反應(yīng):析氫反應(yīng)(HER)和析氧反應(yīng)(OER)，而催化劑是制約這兩個(gè)半反應(yīng)效率的關(guān)鍵。鉑、銥等貴金屬具有電解水高催化活性，但因其低儲(chǔ)備量和高價(jià)格使其應(yīng)用范圍無(wú)法得到進(jìn)一步推廣?；诖吮疚牟捎眠^(guò)渡金屬替代貴金屬作為電解水催化劑進(jìn)行研究?；谔?/p>

2、纖維較好的化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)良的電子傳輸能力，本文應(yīng)用靜電紡絲技術(shù)制備聚丙烯腈纖維，接著高溫碳化處理靜電紡絲得到的纖維膜得到碳納米纖維，結(jié)合原位還原法與化學(xué)氣相沉積法(CVD)在納米碳纖維表面生長(zhǎng)不同維度、結(jié)構(gòu)、尺寸和形貌的過(guò)渡金屬硫?qū)倩铮玫揭幌盗醒跞蔽坏倪^(guò)渡金屬硫?qū)倩?碳納米纖維復(fù)合材料，探索雜化材料的微觀形貌結(jié)構(gòu)與電解水催化性能之間的關(guān)系。
　　結(jié)合靜電紡絲技術(shù)和原位還原法以及電化學(xué)沉積法合成一系列的鈷(Co)基自支撐電極材

3、料，分別形成Co、氧化鈷(Co3O4)和硫化鈷(Co9S8)納米顆粒。通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)等研究其微觀形貌和結(jié)構(gòu)，研究表明鈷基納米顆粒在納米碳纖維上分布均勻。將鈷基納米復(fù)合材料直接用作工作電極進(jìn)行電化學(xué)性能研究，研究表明Co9S8/CNFs表現(xiàn)出最優(yōu)的電解水性能，它在酸性條件下電流密度j=10mA cm-2時(shí)過(guò)電位為165mV,Tafel斜率為83mV dec-1，在堿性條件下電流密度j=10mA cm

4、-2時(shí)過(guò)電位和Tafel斜率分別為230mV和78mV dec-1。
　　以含鈷錳鹽為前驅(qū)體，利用PAN納米纖維為反應(yīng)器，制備和調(diào)控氧缺位Mn3Co7-Co2Mn3O8納米顆粒，所形成的納米顆粒又可以催化碳納米纖維進(jìn)一步生成一維碳納米管，形成一種三維多層次Mn3Co7-Co2Mn3O8@CNTs/CNFs納米結(jié)構(gòu)。經(jīng)優(yōu)化的三維多層次納米結(jié)構(gòu)顯示出優(yōu)異的電催化活性和穩(wěn)定性。構(gòu)建氧空位Mn3Co7-Co2Mn3O8以暴露活性位點(diǎn)，由C

5、NTs和相互連接的CNFs組成三維多層級(jí)，賦予了Mn3Co7-Co2Mn3O8@CNTs/CNFs納米結(jié)構(gòu)優(yōu)異的電催化性能。
　　結(jié)合靜電紡絲和化學(xué)氣相沉積技術(shù)，合成了基于碳納米纖維的鎳鈷硫化物復(fù)合材料。鎳鈷硫基納米粒子在納米碳纖維上均勻分布并進(jìn)一步形成密集的碳納米管，可在酸性和堿性溶液中直接作為電極材料。NiCo2S4/CNFs在酸性條件下電流密度j=10mAcm-2時(shí)過(guò)電位為120mV，Tafel斜率為195.9mV dec-