钴基复合材料的合成及其电催化析氢研究

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1、学校代号10532学号S1507W0383分类号TB331密级不保密工程硕士学位论文钴基复合材料的合成及其电催化析氢研究学位申请人姓名刘永康培养单位物理与微电子科学学院导师姓名及职称张明副教授易峰高级工程师学科专业电子与通信工程研究方向新能源论文提交日期2018年5月学校代号：10532学号：S1507W0383密级：不保密湖南大学工程硕士学位论文钴基复合材料的合成及其电催化析氢研究学位申请人姓名刘永康导师姓名及职称张明副教授易峰高级工程师培养单位物理与微电子科学学院专业名称电子与通信工程论文提交日期2018年5月论文答辩日期20

2、18年5月答辩委员会主席曾云教授SynthesisandelectrocatalytichydrogenevolutionofcobaltmatrixcompositesByLIUYongkangB.S.(GannanNormalUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinElectronicandCommunicationEngineeringintheGraduat

3、eSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorZhangmingSeniorEngineerYifengMay,2018钴基复合材料的合成及其电催化析氢研究摘要近些年来，随着经济的发展和社会的进步，人类对能源的需求日益增大。传统化石燃料燃烧过程中产生的有毒有害气体、粉尘颗粒等严重影响了人们的生活，制约着社会的和谐、可持续发展。氢能源以其绿色环保、零碳、可再生利用等优势引起了人们的广泛关注。电解水制氢的析氢反应的电化学过程中，正负极的电压与热力学反应电动势存在差值，即过电位。较大的过电位严重制

4、约了电解水制氢的应用。传统的Pt、Pd等贵金属催化剂能够有效的降低过电位，贵金属催化剂有着电催化活性高，稳定性好等优点，但是资源储量少从而导致价格高昂，限制了其在商业中的大规模推广。因此，制备成本经济，电催化活性良好的催化剂是大家研究的焦点。过渡金属及其化合物因其本身固有的电子轨道特性，在析氢反应中有着广泛的研究。经过实验调研，通过不同金属之间的协同作用制备电化学催化剂可以极大的降低析氢的过电位。因此，展开了以下两个方面的研究：(1)设计了一种方法在碳布基底上合成CoSe2/WSe2/WO3混合纳米线。首先，前驱体Co-W-O纳米

5、线通过简单的水热方法直接长在碳布基底上，随后在装有硒粉的管式炉中进行硒化处理，得到我们的材料CoSe2/WSe2/WO3混合纳米线。作为析氢催化剂，CoSe2/WSe2/WO3NWs/CC展示了一个优越的催化活性。在电流密度为10mAcm-2时，过电位只需要115mV，并且Tafel斜率较低，经过48个小时的长循环后，过电位仅仅只有微小的变化，体现着着良好的稳定性。(2)在泡沫镍基底上制备了CoMoO4纳米片包覆的CoO纳米线。泡沫镍基底能够增强材料的导电性，相比于二维材料，具有三维骨架结构的泡沫镍有着较大的比表面积，有助于提高材

6、料的电催化活性。我们通过简单的水热法在泡沫镍上制备CoO纳米线，然后进一步水热和高温退火处理，在CoO纳米线上成功制备CoMoO4纳米片。最终得到了具有核壳结构的CoMoO4纳米片包覆CoO纳米线复合材料。在析氢反应中，CoO@CoMoO4有着良好的电催化活性。在电流密度为10mAcm-2时，过电位只需要160mV。具有较低的Tafel斜率，大的电化学活性面积和卓越的稳定性。关键词：析氢反应；过渡金属；CoSe2/WSe2/WO3；CoO@CoMoO4；II工程硕士学位论文AbstractInrecentyears,withthe

7、developmentofeconomyandtheprogressofthesociety,theneedforenergyisincreasing.Thetoxicandharmfulgasesanddustparticlesproducedduringtheburningoftraditionalfossilfuelswhichhaveseriouslyaffectedpeople'slifeandrestrictedtheharmoniousandsustainabledevelopmentofsociety.Hydrog

8、enenergyhasattractedalotofattentionduetoitsadvantagesofgreenenvironment,zerocarbonandrenewableenergy.Intheelectrochemicalpro