【摘 要】
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在世界经济高速发展的今天,清洁能源已成为一个热门探究课题,并在许多领域里取代着传统化石能源。其中绿色友好的氧气早已倍受科研工作者们的关注。电解水析氧是一种非常具有
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在世界经济高速发展的今天,清洁能源已成为一个热门探究课题,并在许多领域里取代着传统化石能源。其中绿色友好的氧气早已倍受科研工作者们的关注。电解水析氧是一种非常具有前景的制备氧气的技术,但其中由于较高的反应能垒对动力学的影响,从而限制了制备氧气的效率。因此,合成制备一款提高析氧反应效率的电催化剂是高效制备氧气的一个突破点。贵金属Ru和Ir被认为是作为OER(Oxygen Evolving Reaction)反应最好的催化剂材料,但是由于它们的昂贵以及稀缺性,一些非昂贵金属合成的电催化剂对其进行取代。在这些金属中,Cu在OER反应中起着至关重要的作用,其中铜基化合物得到越来越多的关注。特别值得一提的是,以Cu为基础合成的Cu2S是一种高效并具有前景的OER电催化剂。研究表明,电催化剂的形貌与结构在很大程度上影响其电催化活性,将电催化剂制成一些特殊形貌的纳米结构会对其催化活性有很大的促进作用。本文首次合成了特殊豆荚状形貌的Cu2S/C纳米复合材料,运用于OER催化反应中,展现出优异的电催化性能。本文中首先采用沉淀法合成前驱物一维纳米棒状的Cu(OH)2作为合成最终产物的牺牲模板。然后通过采用水热法,将廉价的葡糖糖作为碳源与前驱物Cu(OH)2进行水热反应,成功地在前驱物中引入碳源生成聚合物。再采用高温固相法,将得到的这种聚合物与硫粉在惰性气体的氛围中进行高温煅烧,成功地合成豆荚状形貌的Cu2S/C纳米复合材料。本文通过采用多种测试方法对合成得到的Cu2S/C纳米复合材料进行分析与表征,其中包括XRD、SEM、XPS、EDS、BET、ICP、Raman、TEM等测试方法。大小均一的Cu2S纳米颗粒被均匀地包覆在石墨化碳膜里,在长时间的电化学测试中,碳膜的包覆防止活性颗粒的团聚或脱落。外层的碳膜具有多孔结构,促进电解质与活性物质的接触,减弱动力学阻碍。同时碳膜具有较大的活性面积,能暴露更多的活性位点。在电化学测试过程中,当电流密度达到10 mA cm-2时,豆荚状的Cu2S/C所需较低的过电位为401mV,Tafel斜率仅为52 mV/dec。更重要的是,该合成的复合纳米材料能够在恒定的电位下保持稳定至少8小时,并且能够在2000次循环后电流损失可以忽略不计。显然,这些显著的特征充分表明,豆荚状的Cu2S/C是一种高效的OER电催化剂并且具有广阔的发展前景。
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