基于磷化与氮掺杂的非贵金属纳米结构催化剂在析氢反应中的应用

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随着社会可持续发展的迫切需要,发展绿色能源储存和转换技术至关重要。析氢反应(hydrogen evolution reaction,HER)作为电解水和氢燃料电池等各种装置的必要步骤,在过去几十年里受到了相当大的关注和研究。HER通常严重依赖于高性能的电催化剂,可以降低其过电位并改善反应动力学。目前,金、铂等贵金属被认为是最有前途的HER催化剂,然而,它们的稀缺性、昂贵的价格和较差的稳定性阻碍了它们的广泛应用。因此,探索高效、低成本的HER电催化剂是至关重要的。本论文主要研究了基于磷化与氮掺杂的非贵金属纳米结构催化剂对电解水HER性能的提升,主要内容如下:(1)利用水热法使WO3原位生长在经过处理的泡沫铜基底上,使得两者紧密结合,之后利用适量的次磷酸钠在较高温度下对材料进行磷化得到Cu3P/WP2复合材料催化剂,并对其结构和性能进行一系列的表征。该催化剂材料为纳米线结构,其产氢性能优越,在10 mA cm-2的电流密度下,过电位为162 mV,塔菲尔斜率为62.5 mV dec-1。(2)进行射频等离子辅助合成氮掺杂的实验,首先Co O材料的合成要经过水热和退火的实验过程,之后再在450℃下进行氮气射频等离子体处理,不同处理时间下的催化剂材料的氮掺杂量不同,性能差异也较大,最后对材料进行XRD、SEM、TEM等相关的表征分析,最终得出氮气射频等离子体处理氧化亚钴15分钟的样品,即N-CoO-15的HER性能最为显著。该催化剂材料为纳米线结构,在10 mA cm-2的电流密度下,过电位为112 mV。
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