高压气相合成金属硫化物及其性能研究

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1、硕士学位论文高压气相合成金属硫化物及其性能研究ASTUDYONHIGHPRESSURESYNTHESISOFMETALSULFIDESANDTHEIRPROPERTIES王莹莹哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：TB34学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工学硕士学位论文高压气相合成金属硫化物及其性能研究硕士研究生：王莹莹导师：于杰教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex

2、:TB34U.D.C:620AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringASTUDYONHIGHPRESSURESYNTHESISOFMETALSULFIDESANDTHEIRPROPERTIESCandidate：WangYingyingSupervisor：Prof.YuJieAcademicDegreeAppliedfor：MasterofE

3、ngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：Dec.,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要氢能作为具有高能量密度的清洁能源，一直受到人们的广泛关注。采用电化学或光电化学水分解是获得氢气的重要途径。金属硫化物由于具有优异的电化学和光电化学性能，目前已成为电化学

4、析氢催化剂的代表性材料。近年来，对高性能电化学催化材料的需求极大地推动了金属硫化物及其复合材料合成技术的发展。然而，现阶段大多数合成技术在制备金属硫化物时不仅需要源源不断的输送硫源，而且硫源的不可控因素较多，因此，为了提高硫源的利用率，实现对固体硫源的有效控制并获得电化学析氢性能优异的金属硫化物，本课题利用气相高压合成金属硫化物，并进一步研发了纳米结构的二硫化钼以及钴掺杂二硫化钼，同时，测试了它们的电化学析氢性能。采用不同的钼源和硫源合成MoS2，并研究了反应源（钼源和硫源）的种类以及温度参数（反应温

5、度、升温速率、保温时间）对MoS2形貌和结构的影响。研究表明，以硫粉为硫源时，采用钼粉、纳米钼粉、三氧化钼、六羰基钼、七钼酸铵、五氯化钼、四硫代钼酸铵和磷钼酸为钼源，分别生成了Mo表面垂直生长的MoS2纳米片、类花蕊状的MoS2、MoO2表面垂直生长的MoS2、MoS2纳米球、MoS2颗粒、MoS2薄膜、板状MoS2以及任意取向的MoS2纳米片。以磷钼酸为钼源时，采用硫脲和硫代硫酸铵为硫源时，分别生成的为MoS2纳米片组成的网状结构和MoS2/MoO2的复合物。当采用磷钼酸和硫粉作为反应源时，增加反应

6、温度，降低升温速率，延长保温时间，可以提高二硫化钼的结晶性。其次，我们测试了不同反应条件下MoS2的电化学析氢性能。研究表明，MoS2的电化学析氢性能主要与其形貌有关，MoS2纳米片的尺寸越小，其暴露的活性位点越多，电化学析氢性能越好。为进一步提高MoS2的电化学析氢性能，研究了钴掺杂对MoS2形貌、结构和电化学析氢性能的影响。研究表明，当醋酸钴和磷钼酸的质量比分别为1%、5%、10%、20%和40%时，得到的为钴掺杂MoS2纳米片。并且，随着钴钼质量比的增加，钴掺杂MoS2纳米片的电化学析氢活性增加

7、。当醋酸钴和磷钼酸的质量比为50%和100%时，得到的是MoS2/CoS2的复合物。只有在醋酸钴和磷钼酸的质量比为40%，反应温度为600℃和700℃时才能生成分叉的钴掺杂MoS2纳米片，其具有卓越的电化学析氢性能和稳定性。研究表明，分叉的钴掺杂MoS2纳米片优异的电化学析氢性能主要归功于钴原子和二硫化钼之间的协同效应。关键词：高压气相合成；二硫化钼；钴掺杂二硫化钼；电化学析氢-I-AbstractAbstractHydrogen,asasustainable,cleanenergycarrierwi

8、thhighgravimetricenergydensity,hasreceivedmuchattention.Electrocatalyticandphotoelectrocatalyticwatersplittingareimportantpathwaysofhydrogenproduction.Owningtotheirexcitingelectrochemicalandoptoelectronicproperties,metalsulfidesh