论文部分内容阅读
随着化石能源的日趋枯竭和环境污染的不断加剧,发展新型的可再生能源已成为人类的普遍共识。作为一种二次能源,氢气由于具备高能量密度、资源丰富和零温室气体排放等优点,从而被视为一种极具潜力的能量载体。电解水是一种很有前景的制氢技术,但是也存在能耗较高的问题,而高效催化剂的使用可降低析氢反应(HER)的过电位,从而达到降低能耗的目的。Pt作为最有效的析氢催化剂,稀缺性和高成本限制了它的广泛应用。因此,开发含量丰富、成本低廉且电催化活性高的析氢催化剂来替代Pt,就显得尤为重要。基于以上思路,本文通过简单的一步电沉积结合恒电位活化或低温磷化的方法,原位制备了两种不同结构的磷化钴纳米材料,并进行了材料的表征和电催化性能的测试。研究结果如下:(1)通过简单的一步电沉积结合恒电位活化方法,首次原位制备了 Co-P纳米片复合材料。该材料在活化过程中发生了从微米球到纳米片的形貌结构上的演变,这可归因于阴极的还原反应对材料形成的化学刻蚀作用。这种刻蚀作用为材料暴露了丰富的活性位点,提升了析氢反应性能。电化学测试结果表明,该复合材料在强碱条件下表现出了卓越的析氢性能,低至37 mV.dec-1的塔菲尔斜率,在电流密度为10mA·cm-2时的过电位仅为85mV,如此低的过电位完全可以媲美强碱条件下最好的非贵金属催化剂。(2)采用一步电沉积方法制备了纳米片状的氢氧化钴(Co(OH)2)前驱体,然后于管式炉中对其进行低温磷化,最终得到了以钛片(Ti)为基底的磷化钴(CoP)复合材料,命名为CoP/Ti。XRD和XPS等表征结果表明,低温磷化反应成功地将磷元素引入前驱体。CoP/Ti材料在酸性介质中表现出了高效的电催化性能和极好的长期稳定性,在电流密度为10 mA·cm-2时的过电位仅为83 mV,经过2000圈循环后活性几乎无衰减。在强碱介质下拥有超低的过电位,在电流密度为10mA·cm-2时的过电位为87mV。