金屬磷化物納米材料的制備及其電催化制氫性能.pdf

1、隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染等問題的日益嚴(yán)重，發(fā)展可再生能源已經(jīng)成為全球的共識(shí)。作為一種清潔并且可以再生的能源，氫氣一直被認(rèn)為是未來最具發(fā)展?jié)摿Φ男履茉?，越來越受到人們的關(guān)注。在目前的眾多制氫技術(shù)中電解水制氫對(duì)于未來解決能源危機(jī)和環(huán)境問題具有極大的價(jià)值。氫氣可以經(jīng)由電解或者光照分解水而獲得。在電解水制氫中，高效的電解水催化劑顯得至關(guān)重要。高效的析氫電極材料應(yīng)具有導(dǎo)電性好、比表面積大、析氫過電位低、電催化活性高、電化學(xué)穩(wěn)定性好以及抗腐蝕性強(qiáng)等特

2、點(diǎn)。目前，雖然一些貴金屬催化劑(Pt、Pd等)對(duì)于電解水制氫具有優(yōu)異的催化活性，但它的稀缺性和高成本限制了它的廣泛應(yīng)用。高效并且低成本的析氫電催化劑一直是該研究領(lǐng)域探索的方向。本文通過不同的制備方法合成出結(jié)構(gòu)新穎、性能優(yōu)異的中空多孔的磷化鎳納米球(Ni3P PHNs)、Co2P納米片(Co2P/CuFoam)和磷化鉬納米片(MoP)，并研究了其形貌結(jié)構(gòu)和析氫性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出一種制備簡(jiǎn)單、可量產(chǎn)的多孔中空結(jié)構(gòu)的

3、磷化鎳(Ni3P)納米球(Porous hollow nanospheres，PHNs)的方法。Ni3P PHNs是由非晶的鎳磷納米球經(jīng)過退火后形成的Ni-Ni3P納米顆粒然后再去除掉鎳而形成的。Ni3P PHNs在析氫反應(yīng)中具有較高的催化活性，在酸液中20 mA cm-2(?20)所需的過電位為99 mV，在堿性溶液中20 mA cm-2所需的過電位為338 mV。其催化性能優(yōu)于包括過渡金屬硫化物、碳化物、硼化物和氮化物在內(nèi)的其他金屬

4、磷化物催化劑。其法拉第電流效應(yīng)接近100％，并且在持續(xù)的電解水過程中保持良好的穩(wěn)定性?？闪慨a(chǎn)，低成本，優(yōu)秀的催化活性和良好的穩(wěn)定性使得Ni3P PHNs具有廣闊的應(yīng)用前景。⑵發(fā)展一種通過電化學(xué)沉積在泡沫銅基底(Cu Foam)上一步電鍍非晶的Co-P再經(jīng)由退火和HCl處理獲得Co2P薄膜的方法。Co2P/CuFoam具有大的活性表面積、快的電子傳輸率，在酸性溶液中當(dāng)電流密度為20mA cm-2和80 mA cm-2時(shí)對(duì)應(yīng)的過電位為146

5、 mV和188 mV并且兼具良好的穩(wěn)定性。作為陽極材料Co2P/CuFoam在電流密度為100 mA cm-2時(shí)過電位為310 mV，是理想的雙功能材料。⑶提出了一種由四水合鉬酸銨和磷酸二氫銨一步熱還原反應(yīng)制備的磷化鉬(MoP)納米片的方法。該納米片是由直徑100 nm的MoP納米顆粒組成的多孔的片狀結(jié)構(gòu)，其橫向尺寸在1?m到5?m之間，厚度在200 nm左右。當(dāng)MoP混合了碳黑后展現(xiàn)出優(yōu)異的電解水制氫催化性能(HER)，在酸性溶液中當(dāng)