Ni掺杂MoS2/石墨烯催化剂的制备及其电催化析氢活性

为了制备高效、低成本的析氢反应电催化剂,采用一步水热法制备镍掺杂二硫化钼/石墨烯复合材料(Ni_x-MoS₂/G,x=0.03,0.05,0.10),并用X-射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）和X-射线光电子能谱（XPS）对其进行表征,讨论镍掺杂对复合材料的微观结构和电催化析氢性能的影响. 结果表明,与MoS₂/G催化剂相比,镍掺杂的MoS₂/G催化剂显示了更高的电催化析氢性能,尤其当水热反应体系中的Ni和Mo的摩尔比为1∶20时,制备的Ni_0.05-MoS₂/G显示了最强的电催化析氢性能,其塔菲尔斜率为50.8 mV/dec. 电催化活性的增强主要是由于少量镍的掺杂改变了复合催化剂的形貌,使MoS₂纳米片更好地负载在石墨烯表面,暴露出更多的催化活性位点,同时镍掺杂提高了MoS₂边缘活性位的固有催化活性.     

MoS2/硼掺杂石墨烯的电化学析氢和储锂性能

为了研发高效低成本的析氢反应(HER)电催化剂和高性能的电化学储锂电极材料,通过一步水热法制备MoS₂/硼掺杂石墨烯（MoS₂/BG）复合材料. 结果表明,少堆积MoS₂纳米片均匀地分散在硼掺杂石墨烯上,并具有较多的无序结构和扩大的层间距. 作为析氢反应电催化剂,MoS₂/BG复合材料表现出较高的电催化活性和较低的Tafel斜率（46.3 mV/dec）;作为电化学储锂电极材料,MoS₂/BG复合材料表现出优异的电化学储锂性能,可逆比容量为1 205 mA·h/g,并具有稳定的循环性能和显著增强的高倍率特性. MoS₂/BG复合材料电化学性能优异是由于硼掺杂改变石墨烯的电子性质和表面特性,以及无序结构较多的弱堆积MoS₂层均匀地分散在硼掺杂石墨烯表面,增加电催化析氢反应的活性位点和电化学储锂能力,降低电极反应的电子转移阻抗,增强电极反应的动力学性能.     

Co-MoP/MoS2/Cu的制备及其电催化析氢性能

通过水热法在泡沫铜基体上生长MoS₂前驱体,并在合成过程中通过Co的加入,优化催化剂表面形貌。Co-MoP/MoS₂/Cu为无定形态,催化剂纳米颗粒呈球形,表面具有密集的刺状突起。通过一系列表征手段,证明了Co的加入能有效改善MoP/MoS₂/Cu的表面形貌,增加催化剂的比表面积,有利于催化剂与电解液的充分接触,提高催化剂的催化活性。电化学测试表明,在电流密度为10 mA·cm^-2时,过电位为60 mV,具有良好的电催化析氢活性。在大电流密度下具有良好的稳定性,在300 mA·cm^-2的电流密度下连续工作24 h后,性能无明显下降,能更好地满足工业化的要求。     

光催化析氢反应中TiO2基催化剂的研究进展

随着能源需求日益增长,寻找可持续发展的再生能源越来越成为重要任务.光催化分解水制氢因其清洁环保的太阳能利用而受到广泛关注.TiO₂作为一种应用于光催化领域的前沿材料,受到了广泛的关注.TiO₂作为光催化剂,以无毒、价廉、稳定性好和光催化活性高等优点被广泛应用于分解水制氢等领域.但由于其禁带宽度较宽和光生电子-空穴对复合率较高,TiO₂作为光催化剂的性能普遍受到限制.许多不同的研究致力于克服这些问题,使得光催化性能得到显著改善.综述了近年来TiO₂光催化材料的析氢反应的研究进展,重点讨论了关于复合材料的元素组分、掺杂以及光敏化对TiO₂光催化活性的影响,对每种复合材料的优越性和局限性进行了评述.最后指出了TiO₂作为光催化剂在未来发展中面临的问题以及发展前景.     

PtPd-WC/C催化剂上的析氢反应

在制氢工业中发展廉价有效的电催化剂是十分关键的.把Pd加入到Pt-WC/C纳米晶粒中制得PtPd-WC/C电催化剂,并且对该催化剂在酸性介质中的催化析氢性能进行了测试.结果显示PtPd-WC/C电催化剂比Pt-WC/C电催化剂的析氢活性有很大的提高,在过电位为100 mV时电流密度提高近200mA/cm2.另外,电解质浓度和温度对催化剂性能的影响也被进行研究.动力学研究表明PtPd-WC/C电催化剂在高浓度H2SO4溶液中的过电位更低.SEM、XRD和TEM对PtPd-WC/C电催化剂表征证明催化剂呈晶体状态和Pt、Pd、WC共存.     

不同形貌MoS2电催化剂的制备及其析氢性能

为了提高二硫化钼催化水电解析氢的性能,采用钼酸铵和还原性磷钼酸铵(rPOM)两种不同的钼源,以硫代乙統胺为硫源,制备片状和花球状两种形貌的MoS2电催化剂,并通过物理表征与电化学分析,考察了其水电解析氢的性能.结果表明:与片状MoS2相比,花球状MoS2具有较低的过电位(在交流密度为10 mA/cm2时的过电位为287...     

电沉积Ni-Ce-P合金上析氢电催化的研究

铜基体上电沉积制得的Ni-Ce-P合金用作析氢电极时,其上的析氢速率比Ni电极上的析氢速率约大10倍,析氢电势正移200多mV,表明该电极具有较高的析氢电催化活性.用Ni-Ce-P合金的SEM谱图和XPS谱图讨论了析氢的电催化机理.     

NiMoP/C复合材料的制备及其电催化析氢性能

以四水合钼酸铵[(NH4)6Mo7O24?4H2O]为钼源、六水合硝酸镍[Ni(NO3)2?6H2O]为镍源、H3PO4为磷源,采用溶液凝胶法制备前驱体,然后通过化学气相沉积法制备了块状NiMoP/C复合材料.采用XRD、SEM、TEM、XPS、Raman和N2-等温吸附脱附等测试技术,对NiMoP/C复合材料的物理化...     

不同维度的NiCoP对析氢反应的影响

形貌调控是提升电催化析氢反应性能的重要途径。通过理论计算和实验验证相结合的方法,研究了不同维度的NiCoP对析氢反应的影响;构建了一维纳米线(NW-NiCoP)和二维纳米片(NS-NiCoP)的结构模型。结果表明,NW-NiCoP在费米能级附近具有更高的态密度,有利于电荷高效传输,而NS-NiCoP则具有更高的氢吸附能,有利于进行Volmer反应。采用水热和磷化两步法分别制备了NW-NiCoP、NS-NiCoP和三维杂化纳米片线(NSW-NiCoP);对不同维度的NiCoP进行了电化学测试。结果表明,在电流密度为-10 mA/cm²时,NSW-NiCoP的过电位为45 mV。     

水热法合成MoS2/RGO的复合物及其电催化析氢性能研究

以石墨烯、钼酸铵和硫脲为原料,通过控制质量配比,采用水热法合成了具有不同质量比的二硫化钼/还原氧化石墨烯(MoS₂/RGO)复合材料.采用X射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜以及透射电子显微镜对该复合材料的结构和形貌进行了表征,结果发现MoS₂/RGO质量比为1∶2时,形成的层间化合物分散良好,且MoS₂锚定在RGO表面,形成异质结构.通过电化学测试对MoS₂/RGO电催化析氢性能进行了研究,发现HER过程可能是由Volmer-Heyrovsky机制发生的,先是快速放电过程,然后是电化学脱附过程.原料MoS₂/RGO质量比为1∶2时,具有较小的Tafel斜率(32 mV/dec)、较低的过电位(145 mV)和良好的化学稳定性.     

非晶态Ni-Co-P膜层在碱性介质中的电催化析氢性能

通过电沉积制备了非晶态Ni-Co-P膜层,用电子扫描显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)观察其表面形貌和微观结构;发现氢氟酸的活化处理对电极的析氢反应的电催化性能有很大的增强作用,并比较了处理前后的表面形貌.通过在1 mol/L NaOH溶液中的恒电位和Tafel测试与Ni-Co、Ni电极比较了电催化效率,求出的析氢反应表观活化能分别为19.56、46.29和57.03 kJ·mol-1.结果表明:Ni-Co-P电极对氢气析出反应具有较好的电催化性能.     

掺氮WO2.83的制备及其电催化析氢性能

WO 2.83因其晶体结构中有大量的氧缺陷而被广泛应用于光催化研究,但是由于制备困难、催化活性低导致其在电催化析氢领域应用较少。利用磷钨酸(PWA)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)得到不同的前驱体,再通过一步煅烧法分别成功制备得到纯相WO 2.83和氮掺杂相WO 2.83|WN。通过透射电镜(TEM)和X射线晶体衍射(XRD)结果发现:PWA和CTAB物理混合前驱体经煅烧后可以得到纯相WO 2.83,而由PWA和CTAB自组装后形成的前驱体经煅烧可以得到氮掺杂WO 2.83|WN。电化学测试表明:该催化剂在达到10 mA/cm 2电流密度下所需过电位为116 mV,远低于纯相WO 2.83,且电化学活性表面积(ECSA)是纯相WO 2.83的15倍,分析认为WO 2.83|WN催化析氢性能提高是因为氮原子的引入调节了中心金属钨的电子结构,增强了本体的催化活性,从而使得析氢性能得到优化。     

Pt/Ni2P/MAX相自支撑电极的制备及其析氢性能研究

以具有多层结构的MAX相材料为集流体,依次采用水热生长、原位磷化和电势循环法制备Pt/Ni₂P/MAX相自支撑析氢电极.该电极材料中,多面体Ni₂P颗粒镶嵌于Mxene片层夹缝中(Ni₂P/MAX),显著增加了MAX的析氢性能,且超低含量的纳米Pt粒子高度分散于Ni₂P/MAX表面,提供了更多的活性位点.纳米Pt粒子与Ni₂P之间形成的协同效应促进了电子转移,显著提升电催化析氢活性.结果表明：电流密度为10 mA/cm²时,Pt/Ni₂P/MAX相的过电位仅为63 mV;电流密度高达100 mA/cm²时,Pt/Ni₂P/MAX相的过电位为187 mV,塔菲尔斜率为46 mV/dec,展现出卓越的析氢性能.     

电沉积Ni La P合金上析氢的研究

在１ ｍｏｌ·Ｌ－ １ 　ＫＯＨ 水溶液中测量了Ｎｉ 电极和Ｎｉ Ｌａ Ｐ合金电极上析氢反应的极化曲线．实验结果表明,与镍电极相比,Ｎｉ Ｌａ Ｐ合金电极上析氢的速度比Ｎｉ 电极约大１０ 倍,析氢电势正移２００ ～３００ ｍＶ（ 在ｉｃ ＝ １００～１５０ｍＡ·ｃｍ － ２） ．显示出Ｎｉ Ｌａ Ｐ合金具有较高的析氢催化活性,有利于降低槽电压,减少能耗．     

β-FeOOH/U-g-C3N4异质结的制备及光电催化析氢性能

通过两步合成法合成了新型的β-FeOOH/U-g-C₃N₄异质结光催化剂。首先通过热聚合制备超薄g-C₃N₄（U-g-C₃N₄）样品,然后通过超声技术以U-g-C₃N₄和FeCl₃·6H₂O为前驱体制备β-FeOOH/U-g-C₃N₄异质结。系统研究了铁盐种类、前驱体质量比、pH值和超声时间等合成条件对β-FeOOH/U-g-C₃N₄异质结光催化析氢性能的影响。具有最佳析氢性能的β-FeOOH/U-g-C₃N₄异质结的比表面积为47.7 m²·g^-1,是U-g-C₃N₄的3倍;与U-g-C₃N₄相比,β-FeOOH/U-g-C₃N₄异质结的能带隙从2.70 eV降低到2.02 eV,吸收边带从472 nm红移至583 nm。另外,光催化制氢反应中β-FeOOH/U-g-C₃N₄异质结的Tafel斜率为87.2 mV·dec^-1,低于U-g-_C3N₄的147.4 mV·dec^-1和β-FeOOH的156.8 mV·dec^-1。结果表明复合产物较U-g-C₃N₄具有更高的光电催化活性。光电催化活性提高应归因于β-FeOOH和U-g-C₃N₄形成了异质结,界面电子通过碳物质可以更高效地转移,同时产生了较多的活性反应位点。因此,通过超声法将β-FeOOH和U-g-C₃N₄复合是一种制备较高光电催化活性且稳定的光电催化材料的有效策略之一。     

钴和氮修饰的多孔碳作为高效的析氢电催化剂的研究

采用水热的方法制备了钴修饰的3D石墨烯水凝胶,将该水凝胶浸渍在2-甲基咪唑溶液中获得了ZIF-67与3D石墨烯的复合材料,其结合了3D石墨烯和ZIF-67的孔结构特征,通过改变热解温度对材料的功能性和孔结构进行调节,经过高温热解后制得的金属钴纳米粒子嵌入于N掺杂多孔碳的材料(Co/N/GA)。通过SEM、TEM、XRD、XPS和Raman等测试手段对催化剂进行了形貌和结构的表征,以及利用循环伏安曲线、线性扫描伏安法、交流阻抗谱图和计时电流等谱图对电化学性能进行了详细的研究。结果表明,所制备的钴、氮双掺的多级孔碳材料具有较高的比表面积、较高的氮含量和优异的电子传输能力,因此优化的Co/N/GA-900催化剂在酸性和碱性溶液中,电催化析氢反应起始过电位分别为0和30mV,电流密度在10mA/cm~2的电位分别是45和67mV,Tafel曲线斜率分别为44和88mV dec~(-1),证明了本文所获得的催化剂具有优异的催化活性,而且稳定性测试也说明该催化剂具有优异的稳定性。     

镍-钴硫/磷化物纳米复合材料用于析氢反应

为寻求廉价、性能优异且反应稳定的碱性析氢催化剂以代替贵金属,以过渡金属Ni、Co为研究对象,通过一步煅烧处理得到Ni-Co硫/磷化物催化剂,借助X射线检测和能谱分析等方法验证了催化剂的成功制备。电化学测试结果表明,由于阴/阳离子之间的协同作用,所制备的Ni-Co硫/磷化物的催化活性和电荷转移速率均超过Ni-Co氢氧化物/硫化物/磷化物。Ni-Co硫/磷化物仅需要106 mV的过电势就可以达到10 mA·cm^-2的电流密度,循环寿命超过20 h。     

含稀土La的镍基合金电镀及其析氢电催化行为研究

用正交实验研究了含稀土La的镍基合金Ni-La-P电沉积的最佳工艺条件,以此合金作阴极测得析氢阴极极化曲线,结果表明,合金电极上析氢速率比Ni电极上约大10倍,析氢电势正移300-400mV,显示出含稀土La的镍基合金具有较高的析氢电催化活性.根据XPS谱图讨论了析氢电催化的机理.     

N和Co修饰的多孔碳催化剂的制备及电催化析氢性能研究

首先利用溶剂热法制备出两种不同的金属有机框架MOFs,将两种不同的MOFs分别与石墨烯材料复合,得到ZnCo-MOF/Gr以及Co-MOF/Gr,经过高温热解后形成碳层包裹的钴纳米颗粒负载在N掺杂的多孔碳材料上(Co-N-C-T以及Co/N/C),通过XRD、XPS、SEM和TEM等手段对其进行了结构和形貌表征。结果表明所制备的Co-N-C-900继承了MOFs的高比表面积的特性,尺寸均一,其比表面积高达488.73m~2g~(-1)和具有多级孔结构、高浓度的催化活性位点(N和Co的原子含量为3.77%和1.26%)。并通过一系列电化学测试手段对材料的电催化析氢(HER)性能进行了评估。结果表明Co-N-C-900在酸性和碱性条件下都表现出优异的HER催化性能,在不同电解质中的起始电位最正,塔菲尔斜率最小,与Pt/C最为接近。在经历了1000次的循环伏安(CV)测试后,测得的线性伏安曲线(LSV)与初始LSV基本重合,表明Co-N-C-900具有较好的稳定性。