硫化鉬-碳及硫-碳復合電極材料性能與催化機理研究.pdf

1、硫化鉬與硫（S）材料均是廉價、地球儲量豐富的材料。理論計算表明硫化鉬材料是極有潛力替代鉑（Pt）金屬的電化學析氫（HER）催化劑，MoS2負極材料與S正極材料表現(xiàn)出高于1000 mAh/g的實際容量，其在可再生能源領域的應用研究具有重要意義。本文以化學氣相沉積（CVD）法在碳基底上制備了硫化鉬/碳（C）和硫/碳納米纖維（CNF）電極材料，研究材料形貌、成分、結構對其電化學活性的影響規(guī)律，并探究硫化鉬電解水析氫催化劑的電化學反應與應力腐蝕

2、機理。
　　在電催化析氫方面，對以玻碳（GC）、MoS2/GC、石墨片、石墨烯納米片（GNP）/GC為基底，不同溫度下（200℃到850℃）所得到不同結晶性的硫化鉬材料析氫性能進行對比，得到了影響硫化鉬材料催化性能的主要因素及變化規(guī)律。即成分與結晶性主導著硫化鉬催化劑的析氫活性，非晶態(tài)硫化鉬的析氫活性遠大于高晶態(tài)硫化鉬，微晶態(tài)的穩(wěn)定性優(yōu)于非晶態(tài)硫化鉬；非晶態(tài) MoS3催化材料需要一個活化的過程，而該活化的問題關系到真正起到活化作用

3、的活性成分和活性位置（對提高催化劑材料的催化活性至關重要），通過對不同成分與結晶性、表面性質的催化劑活性變化的系統(tǒng)分析，并結合化學法直接活化及密度泛函計算方法，探明了引起活化是腐蝕引起的真實表面積（雙電層電容）變大的物理因素起主要作用，而與MoS3成分的改變并無較大關聯(lián)。研究了催化材料的表面力學性質與催化劑活性、穩(wěn)定性之間的關系，探討了MoS3薄膜的應力腐蝕機理。并確定了保持高催化活性的同時，提高催化劑穩(wěn)定性的策略，成功設計了具有低電導

4、損失、最小的傳質限制、最大化的活性位置、高活性與穩(wěn)定性的MoS3/GNP復合型催化劑，-0.165 VvsRHE（可逆氫電極）處電流密度達到10 mA/cm2，循環(huán)10000圈后的超電勢僅衰退1 mV，高穩(wěn)定性的MoSx催化劑，為提升HER催化劑的穩(wěn)定性提供了一條有效途徑。
　　在電池電極方面，利用CVD技術成功制備了均為無需涂膏（Binder-free）的MoS2/CNF鋰離子電池（LIBs）負極材料和具有自我阻斷（Self-i

5、nhibiting）、S梯度（S-gradient）分布的特殊結構Li-S電池正極S-CNF復合材料，并進行了電化學活性研究。制備于CNF基底的MoS2為納米片狀、織絡形貌結構的2H型晶體，電池首圈放電容量達到1220 mAh/g的高容量，在12圈后庫倫效率達99％左右，電池容量在持續(xù)的增長之后，68圈時，充電容量達到1231 mAh/g；S/CNF復合材料，與傳統(tǒng)電極材料相比，具有大的S質量分布（2.6 mg cm-2）和S含量（65