过渡金属磷化物纳米材料的合成及氢气析出电催化性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:limihu93
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过渡金属磷化物纳米材料由于其优良电催化性能越来越受到电化学科研工作者的广泛关注。本论文围绕Ni、Fe基磷化物纳米材料的合成、表征及其电催化析氢性能。具体研究内容如下:第一部分研究了不同相态镍磷化物纳米颗粒的可控合成方法以及它们的析氢电催化活性。通过改变P/Ni前驱体的比例控制合成镍磷化物的相态。改变反应时间和中间合成步骤可以进一步纯化小粒径的Ni5P4相。小粒径的Ni5P4比Ni12P5和Ni2P展现出更高的析氢活性,当负载量仅为0.12 mg cm-2时仅仅需要103 mV的过电势就可以获得10mA cm-2的析氢电流密度,且Tafel斜率也仅为51 mV dec-1。这主要是因为Ni5P4本身具有特殊的电子结构和制备出的纳米晶粒径较小使得催化剂暴露了更多的活性位点。所以纳米颗粒的相态和形貌是影响电化学活性的关键因素。之后系统研究了不同的金属掺杂到FeP纳米颗粒中对电化学析氢反应催化活性的影响。通过掺杂Co,Cu,Mn到FeP纳米颗粒中,分别得到Co-Fe-P、Cu-Fe-P和Mn-Fe-P三元磷化物,额外的金属引入改变了原来FeP的表面电子状态,从而提高析氢活性。这其中Co-Fe-P/C由于在磷化过程中发生了柯肯达尔效应,形成了空心球结构,这也是析氢活性提升的重要原因。当铁钴前驱体比为2:1时,制备出的CoFe204/C经过磷化后得到的磷化物纳米颗粒的析氢活性最高。当总体负载量为0.4 mg cm-2时仅仅需要60 mV的过电势就可以获得10 mA cm-2的析氢电流密度,且Tafel斜率也仅为44 mV dec-1。实验结果表明,形成空心结构和引入额外金属是提升磷化物析氢活性的关键因素。
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