鈷釩鐵鉬基金屬化合物電催化劑的制備及其電解水性能的研究.pdf

1、化石能源的過度開采及其導致的污染問題已經成為當今世界上困擾人類的主要難題之一，由于傳統(tǒng)的一次能源不可再生且能量轉換效率低，明顯無法滿足飛速發(fā)展中的現(xiàn)代社會的耗能需求。新型氫能源作為清潔新能源研究領域的代表，其開發(fā)正受到科學界的廣泛關注。氫氣的制備途徑有很多，其中，電解水正是其中一種熱門的獲取氫能源的途徑。但是直接電解水需要跨過很高的能壘，并且，目前大部分的催化劑都只是集中于析氫或析氧的半反應的催化劑的研究，這兩個反應的催化劑通常在不同的

2、介質中表現(xiàn)出高活性，或者當相同電解質溶液中配對兩種類型的催化劑時，不兼容的集成導致整體水電解的效率降低。所以，開發(fā)可在同一電解液中高效分解水生成氫氧氣的新型雙功能電催化劑是當今研究的重點。高效的電催化劑具有如下特點:本征活性高、電子狀態(tài)調制到最佳、電解液與催化劑能較大程度接觸、電子能較快傳導。在本文中針對以上問題以及策略設計了鐵摻雜的釩酸鈷Co3(1-x)Fe3xV2O8(x=0～0.9)以及釩酸鈷與二硫化鉬納米陣列復合材料Co3V2O

3、8/MoS2/CC，并且對各材料的催化電解水性能進行測試。具體研究內容如下:
　　1、通過一步法，通過添加不同摩爾比例的鐵和鈷，合成一系列不同的鐵摻雜量的釩酸鈷(Co3(1-x)Fe3xV2O8)，并對系列材料進行結構與電催化性能的表征。通過一定量Fe摻雜，優(yōu)化了材料的的電子結構，從而影響催化活性。由電化學測試結果可知，Co3(1-x)Fe3xV2O8作為析氧催化劑，其電催化性能滿足類似火山型曲線規(guī)則，Co1.5Fe1.5V2O8

4、擁有最優(yōu)的析氧性能，260mV的起始電位，塔菲爾斜率為32.8mV dec-1。并且Co1.5Fe1.5V2O8作為析氫催化劑時，也只需較低的過電勢。將Co1.5Fe1.5V2O8應用于兩電極全水解時，在1.59V(vs.RHE)時電極開始發(fā)生全電解反應，當電流密度達到10mA cm-2時只需電壓約1.66V。Co1.5Fe1.5V2O8作為陰陽極進行的全水解穩(wěn)定性測試，長時間的穩(wěn)定性測期間體系保持穩(wěn)定的電流密度，穩(wěn)定性測試后其結構不發(fā)

5、生改變。
　　2、通過兩步法，在碳布上原位合成Co3V2O8/MoS2納米復合物陣列(Co3V2O8/MoS2/CC)，并對材料的電催化析氧析氫性能進行研究。首先，通過水熱法在碳布基底上原位垂直生長MoS2納米片陣列(MoS2/CC)，接著在較為溫和的水熱條件下進行第二步生長，也就是在MoS2/CC上繼續(xù)原位生長Co3V2O8納米顆粒，即Co3V2O8/MoS2/CC。通過構筑這樣的特殊形貌界面，暴露更多的活性位點，與電解液充分的