二硫化钼在电催化析氢反应中的应用进展

氢气因清洁和可再生等优点,被认为是一种具有发展前景的清洁能源,在未来替代传统化石燃料的可再生能源体系中具有重要地位。电化学分解水是一种高效且环境友好的制氢途径,在电解水制氢技术的发展中,高效电催化析氢催化剂的作用显得尤为重要。二硫化钼(MoS₂)具有较低的析氢吉布斯自由能及耐酸碱腐蚀等优点,因此,MoS₂作为高效的电催化析氢催化剂一直是研究热点。阐述了MoS₂的电催化析氢机理,综述了不同形貌MoS₂在电催化析氢中的应用,通过对MoS₂电催化剂进行改性来优化其催化活性。研究表明通过改善MoS₂边缘位点的催化活性、增加活性位点的数量等方法能够极大地改善MoS₂电化学析氢过程中的催化活性。     

层间距宽化二硫化钼的一步合成及其电催化析氢性能

提出一种通过增加反应物中硫脲比例来合成层间距宽化的二硫化钼(E-MoS₂)的一步合成方法。该方法中,过量硫脲高温下转化为硫氰酸铵原位嵌入MoS₂层间使层间距宽化,避免传统E-MoS₂的复杂合成过程和外来插层分子的引入。该方法合成的E-MoS₂微米花展现出良好的析氢性能：在电流密度为-10 mA/cm²时的析氢过电位为285 mV,塔菲尔斜率为68.5 mV/dec,远低原始MoS₂的析氢过电位(588 mV)和塔菲尔斜率(122.2 mV/dec)。该E-MoS₂析氢性能的提升可归因于：层间距的宽化优化MoS₂的电子结构,从而提高导电性,降低氢吸附自由能;且合成过程中硫氰酸铵分子的原位嵌入抑制MoS₂的生长,减小其微米花尺寸,使其暴露出更多的活性位点。因此,该E-MoS₂微米花有望成为一种有前景的非贵金属析氢电催化剂。     

水热法制备镍负载硫磷双掺杂石墨烯电极及其电催化析氢性能研究

设计一种高活性、高稳定性的非贵金属基催化剂,对电催化析氢的应用具有重要意义.以硫酸和植酸为硫磷掺杂剂,采用水热法合成了硫磷共掺杂石墨烯(SPG);随后,采用简单的醇热法制备了直接生长在SPG上的Ni基纳米材料(Ni/SPG).制备的Ni/SPG电催化剂表现出杰出的析氢性能,其阻抗极低(0.48Ω),电化学活性表面积极好...     

自组装磷化镍纳米片阵列电极的电催化析氢性能研究

可持续发展的清洁氢能源是未来能源发展的方向之一,因而发展高效廉价的析氢材料变得尤为重要。本文首次通过水热和退火的方式制备出自组装磷化镍纳米片阵列结构,并通过SEM和XRD等技术表征这种结构的形貌和组成成分。与众多关于Ni-P纳米材料集中在酸性体系下的析氢电化学研究不同,本文首次通过在碱性条件下稳态极化曲线(LSV)、Tafel极化曲线、电流-时间曲线(i-t)以及交流阻抗曲线探究了其作为电解水析氢纳米电催化电极材料的电化学性能。该材料的电极具有特殊的纳米形貌结构和性质,使其具有更低的析氢反应电位、更大的析氢反应活性和较好的稳定性,具有替代贵金属作为水解析氢材料的潜力。     

共掺杂三维石墨烯的制备及其电催化析氢性能的研究

选择天然石墨鳞片为原料,采用改进的Hummers法制备出氧化石墨(GO),再以硫脲、硫酸亚铁和氯化镍为改性剂,利用化学还原法和自组装法制备了氮、硫、铁、镍共掺杂三维石墨烯电极材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)等测试手段对材料进行分析表征,研究了不同因素对其析氢反应活性(HER)的影响,并通过均匀试验设计确定了制备的最佳工艺条件。结果表明:所制备的电极材料具有丰富的孔结构和完整的三维结构,石墨烯片层间距为0.3734 nm,并且无明显垛叠团聚,在酸性条件下显示出较高的HER活性,在电流密度为10 mA/cm2时,析氢过电位为-158 mV,塔菲尔(Tafel)斜率为74.33 mV/dec。     

镧-钼合金电镀及其析氢电催化性能

用正交试验法研究了钛基上La-Mo合金电镀方法及其工艺条件。经测试，合金镀层结合力强、硬度高、耐腐蚀及耐热性能优良。以钛基电镀La-Mo合金镀层作为阴极，在300g／L NaCl溶液中，在60℃，电流密度为300mA／cm^2下电解，能降低氢超电势680mV，显示了钛基电镀La-Mo合金镀层优良的析氢电催化性能。     

水热合成镍铜复合磷化物及其电催化析氢与肼氧化性能

以镍网(NM, Nickel Mesh)为基体、NaH₂PO₂·H₂O为磷源、CuSO₄·5H₂O为铜源、NiSO₄·6H₂O为镍源, 采用一步水热法合成镍铜磷复合电催化剂, 对制备工艺进行优化, 并通过不同方法进行形貌、结构、组成和电催化性能表征。结果表明：当溶液中镍、铜、磷的配比为8: 1 :20时, 在140 ℃水热合成24 h, 制得主晶相为Ni₂P和Cu₃P、具有三级微纳结构的镍铜磷复合电催化剂。在电流密度为10 mA·cm ^-2时, NiCuP/NM的催化析氢及肼氧化过电势分别为165和49 mV; 在双电极体系中, 同电流密度下的分解槽压仅为0.750 V, 催化24 h后分解槽压几乎保持不变, 展现出优异的催化稳定性。无论三电极体系还是双电极体系均表现出优异的催化活性。分析认为, 电催化活性面积为空白镍网的近14倍, 为电催化过程提供了大量的活性位点; 掺入P改变了Ni、Cu原子的电子结构, 提高了材料的本征肼氧化活性, 两者的协同作用促进了电催化活性的提升。本研究为纳米尺度的合成提供了一个新的视角, 有望推动新型纳米孔结构材料在燃料电池和传感器应用中的发展。     

MoS2/核桃壳活性炭复合纳米材料的制备及其电催化析氢性能研究

以钼酸铵为钼源、硫脲为硫源,使用核桃壳活性炭通过水热法成功制备二硫化钼(MoS_2)/核桃壳活性炭复合纳米材料。研究了MoS_2含量对复合纳米材料形貌、尺寸及电化学性能的影响,通过X射线粉末衍射仪、冷场发射扫描电子显微镜、比表面积及孔隙度分析仪、线性扫描伏安法对复合纳米材料的结构、形貌、电化学性能进行分析和表征。结果表明,MoS_2质量分数为80%的MoS_2/核桃壳活性炭复合纳米材料的电催化析氢反应活性最好。     

Co基金属有机框架及其衍生材料的电催化析氢研究进展

电催化裂解水产氢是一种可持续的环保能源储存技术,也是降低碳排放的重要手段。金属有机框架(MOFs)因具有比表面积大、孔隙率可调、结构调整多样化及修饰策略简易等优点,从而在电催化析氢领域引起了研究者的广泛关注。综述了Co基金属有机框架(Co-MOFs)及其衍生材料的制备方法、结构调节,以及微观结构对催化活性、催化稳定性和析氢能力的影响。结果表明：Co-MOFs及其衍生材料较传统催化剂表现出更加优异的电化学析氢活性。此外,提出了高性能催化剂的设计策略,并对其在电催化析氢领域的应用前景进行了展望。     

非晶态MmNi5.20合金薄膜的制备及析氢反应电催化性能的研究

用离子束溅射法制备非晶态ＭｍＮｉ＿（５．２０）合金薄膜。该非晶态合金薄膜在３０ｗｔ％ＫＯＨ，７０℃作析氢反应电极。实验结果表明，该电极不但具有良好的析氢电催化活性和电化学稳定性，而且具有很好的抗氢脆和抗粉化能力。交流阻抗分析表明，非晶态ＭｍＮｉ＿（５．２０）合金电极析氢反应过程主要由电化学反应步骤控制。     

NiS2@MoS2/CC纳米复合材料的制备及其电催化析氢性能的研究

电解水产氢是近来研究的热点,电极催化材料是影响析氢反应的重要因素.通过两步水热法,成功在碳布上合成了NiS2@MoS2三维异质结构复合催化剂(NiS2@MoS2/CC).在碳布上垂直排列的NiS2纳米片为MoS2提供了良好的支撑,在暴露更多边缘活性位点的同时,也为析氢反应提供了快速的物质传输通道.合理的界面设计促使Ni...     

纳米多孔MoNi/Al3Ni2材料制备及电催化析氢性能的研究

开发非贵金属高效电催化剂是降低电解水制氢成本的关键。通过激光直写技术以及脱合金在泡沫镍基底上制备了一种自支撑的纳米多孔MoNi/Al₃Ni₂催化剂。该催化剂的纳米多孔结构增加了催化反应的活性位点,MoNi和Al₃Ni₂之间的协同效应使催化剂在碱性介质(1 mol/L KOH)中表现出优异的析氢性能。电化学测试结果表明,Al含量为80%时制备的MoNi/Al₃Ni₂催化剂在10 mA/cm²的电流密度下,过电位仅为31 mV,且表现出良好的电化学长期稳定性,在10 mA/cm²的电流密度下,稳定催化析氢100 h以上,为工业电解水析氢用电催化剂的大规模制备提供了理论指导。     

KOH碱化处理对Fe3N纳米颗粒电催化制氢性能影响

采用KOH溶液在通电条件下对Fe₃N纳米颗粒表面改性的方法, 探究了碱化处理对Fe₃N纳米颗粒电催化性能的影响。采用XRD、TEM、EDX、XPS、拉曼光谱和傅立叶变换红外光谱对碱化前后的Fe₃N样品进行形貌和成分的表征, 采用时间电流曲线、LSV曲线、Tafel斜率、交流阻抗法和CV曲线对碱化前后的Fe₃N样品进行电催化制氢(HER)性能的分析。结果表明, 用KOH处理的Fe₃N样品, 平均晶粒尺寸由(80±10) nm缩小为(70±10) nm, 形状由破碎的链状结构变为椭圆形结构, 物相由ε-Fe₃N相部分转变为α-Fe₂O₃相; 尺寸、形貌和成分的改变, 使得碱化后的样品有更多的电催化活性位点暴露。由电流密度为10 mA/cm²的过电位0.429 V降为0.204 V, Tafel斜率由103 mV/dec降为95 mV/dec。过电势降低, 交流阻抗变小, 电化学活性面积增大, 表明KOH碱化处理后的样品电催化制氢的能力得到大大提高。     

铂修饰二氧化钛纳米片的制备及其光电催化析氢反应研究

利用静电吸附作用在二氧化钛纳米片上负载铂原子制备了两种不同形态的铂催化剂。SEM、XRD、TEM测试结果表明, 改变铂负载量可以调控铂的形貌结构。在低Pt负载(0.2wt%)下, 铂原子主要是半径约2 nm的纳米簇, 当Pt负载量增加到1wt%时, 铂原子在二氧化钛纳米片上堆积成纳米颗粒。调控Pt负载量和纳米结构, 可以显著提高二氧化钛纳米片催化析氢反应的活性。在AM1.5太阳光照射下, 两种催化剂的塔菲尔斜率都小于100 mV/dec, 分别为56和90 mV/dec。与TiO₂-Pt1%催化剂相比, TiO₂-Pt0.2%具有更理想的金属-半导体界面, 有利于光生电子迁移至铂纳米簇表面, 因而具有更高的催化活性。本实验为研究更加高效的铂催化剂和其他光电催化剂提供了新的途径。     

纳米混杂结构NiSe2高效析氢电极制备及其电化学性能

采用水热和化学气相沉积两步法,在碳纤维纸(CFP)上直接合成纳米线/纳米颗粒混杂结构NiSe₂催化剂,制备出自支撑一体化电解水析氢电极。利用SEM、XRD和XPS,对复合电极的形貌、成分及物相组成进行了表征,并考察了该电极在0.5 mol·L-1 H₂SO₄溶液中的电催化析氢性能。结果表明:在硒化反应过程中,碱式碳酸镍前驱体纳米线相互连接并最终形成纳米线与纳米颗粒相混合的混杂结构NiSe₂催化剂,均匀生长于碳纤维表面; NiSe₂纳米混杂结构电极驱动100 mA·cm-2的电流密度时所需的过电位为232 mV,相比NiSe₂纳米颗粒结构电极(256 mV)具有更低的过电位。此外,其更低的塔菲尔斜率(38.3 mV·dec-1)、更小的电荷转移阻抗(3.2 Ω)、更大的双电层电容(11.81 mF·cm-2)以及近似两倍于NiSe₂纳米颗粒电极的转换频率值(0.284 H₂·s-1),都表明这种混杂结构电极具有优良的析氢性能。同时,经过3 000次循环伏安测试和20 h持续电解测试,该电极呈现出优异的稳定性。     

化学镀Ni-Co-W-P及其析氢性能的研究

用化学镀方法制备出Ni-Co-W-P合金电极,测量了其在1 mol/L NaOH溶液中的阴极极化曲线并研究了其析氢电催化活性.试验表明,在相同的电流密度下,Ni-Co-P,Ni-W-P和Ni-Co-W-P合金电极的析氢过电位较Fe电极降低,其中Ni-Co-W-P的析氢过电位降低约230 mV,XRD试验显示其镀层为非晶态.并进一步测试了其在7 mol/L KOH中的连续电解曲线.结果表明:Ni-Co-W-P合金电极比Ni-Co-P,Ni-W-P合金电极具有更好的析氢电催化活性和电化学稳定性,有利于降低槽压,减少能耗.     

钌基催化剂的制备及其析氢性能的研究

电化学水分解制氢是一种极具发展前景的无污染制氢方法。设计一种价格低廉,并且具有高效催化性能的催化剂对缓解环境压力,以及对电催化析氢的大规模应用具有重要意义。以松果壳(PC)为生物质碳前驱体,尿素为氮源,RuCl₃为钌源,通过水热和高温碳化的方法将Ru锚定在氮掺杂的生物质衍生碳基底上(Ru-N-CPC)。Ru-N-CPC具有良好的电化学性能(61 mV的过电位就可达到10 mA cm^-2,1 mol/L KOH)和稳定性。采用一系列测试表明催化剂具有良好的电化学性能可归因于氮的掺杂导致了大量的缺陷产生,从而使Ru能够顺利地、均匀地被载于碳材料上,同时由于Ru和N的协同作用,促使催化析氢反应的活性提高。     

钛基复合镀Pt-ZrO2电极镀层及其析氢电催化性能

为了寻找电化学工业理想的电催化电极,通过复合电沉积技术制备了钛基复合镀Pt-ZrO2电极.测试证明,Pt-ZrO2电极镀层结合力强、硬度高、耐腐蚀和耐热性能优良.钛基复合电沉积Pt-ZrO2电极作为阴极,在300g/L NaCl溶液中(60℃,阴极电流密度300 mA/cm2)电解能降低氢超电势580 mV.结果表明,钛基复合镀Pt-ZrO2电极是优良的析氢电催化电极,电催化性能的增加除了较小的反应电阻外,较大的表面粗糙度也是一个重要因素.     

富氧空位铁基复合材料的制备及其电催化析氢性能

电解水制氢绿色无污染,或将成为日益紧张的能源问题与碳中和战略的重要突破方向。目前,贵金属稀缺,以Pt/C为代表的贵金属析氢(HER)催化剂不适宜长久使用。泡沫铁(IF)结构稳定、来源广泛,以IF作为基底,采取简单的浸泡方法在IF上原位生长针形片状的羟基氧化铁(FeOOH/IF),然后通过真空处理制备含有氧空位的四氧化三铁(Ov-Fe₃O₄/IF),进一步磷化掺杂,制备出氧空位和磷原子掺杂协同调控的四氧化三铁(P-Ov-Fe₃O₄/IF)纳米针。磷原子的掺杂可以优化铁原子周围电子环境,激活Fe₃O₄的催化活性;氧空位可以增强材料的导电性,并提供缺陷,更有助于磷原子的掺杂。结果表明：P-Ov-Fe₃O₄/IF析氢性能优异,在-10 mA·cm-2时,过电位仅40.96 mV,塔菲尔斜率为70.93 mV·dec-1,表现出类Pt/C性能,并且在不同电流下连续运作96 h后,电压变化基本忽略不计,稳定性优异。氧空位和磷...