本文主要研究内容
作者郭一飞（2019）在《钼基硫化物和磷化物纳米结构的可控制备及电化学特性研究》一文中研究指出：如今,化石燃料的快速消耗带来了一系列严重的环境问题,人类迫切希望找到能够代替传统燃料的清洁能源并开发有效的能量存储技术。作为清洁和可再生的能量载体,氢(H2)能源被认为是替代化石燃料有希望的候选者,氢能的应用可减少对化石燃料的依赖,并通过减少温室效应的影响和其他有毒物质的排放来增加对环境有益的气体。因此关于氢能的制备变得尤为重要,其中,一种很有效的方法是电解水制氢。另一方面,锂离子电池(LIBs)是一种储存和携带能量的方法。LIBs作为典型的二次电池具有许多优点,包括体积小、重量轻、能量密度高和循环寿命长等。LIBs在清洁能源储存以及电动汽车工业中发挥着重要作用。开发新型电极材料应用于电解水制氢和锂离子电池成为研究的热点。近年来,钼基化合物由于拥有着独特的物理化学性能和微观结构,迅速引起了国内外众多领域的专家学者们广泛地关注。作为钼基化合物中具有代表性的材料,二硫化钼(MoS2)和磷化钼(MoP)已经被证明在电解水制氢和锂离子电池方面有着出色的应用前景。本论文以钼基化合物纳米材料(MoS2和MoP)作为研究对象,设计和构筑了MoS2纳米花、单层、金字塔形和多层MoS2纳米结构、超薄MoS2片阵列、MoS2/FeS2纳米复合结构以及MoP纳米片阵列结构,系统研究了工艺参数对这些纳米结构的形貌调控,并且探索了其中阵列结构和复合材料在储锂性能和电催化制氢方面的应用。主要研究成果如下:(1)以]MoO3和S的粉末作为原料,在真空管式炉中,通过化学气相沉积(CVD)法,在硅基底上制备得到了由超薄纳米片(花瓣)构成的MoS2纳米花。所制备的三维纳米花结构独立地生长在基底表面,横向尺寸为3-4 μm,纳米片厚度为10-30 nm。通过分析得出MoS2纳米花的生长机理:边缘位错和曲面的形成引起的纳米片的垂直生长。(2)以MoO3和S的粉末作为原料,通过调节载体氩气气体流速,通过催化剂辅助的CVD法成功地制备了尺寸为4-5 μm的单层三角形薄片、少层金字塔到多层块状的MoS2纳米结构。研究结果表明,载气流速对MoS2的成核和生长有重要影响:较低流速的氩气会导致MoS2纳米结构稳定生长,形成均匀的单层纳米薄片,而较高的流速会导致快速连续的成核,甚至会使得MoS2纳米结构的不稳定和无序生长,形成少层MoS2金字塔或不规则形状的多层MoS2纳米块。(3)利用一步CVD法,在钼箔基底上直接制备了垂直排列的MoS2纳米片阵列,而这些垂直生长的MoS2纳米片彼此密集地结合在一起形成了大量的微介孔孔隙,单个MoS2纳米片的厚度约为10 nm。以此直接制作的自支撑无粘接剂锂离子电池负极具有高的比容量(0.1 A g-1的电流密度下1061 mAh g-1的放电比容量),良好的循环稳定性(在循环40次后保持82%原始电容量)和出色的倍率性能。优异的性能主要归因于:MoS2纳米片阵列可以很好地粘附到导电集流体(Mo箔)上,极大地促进电子和锂离子的传输;超薄的MoS2纳米片可以大大减少锂离子扩散和电子的传输路径;网络状MoS2纳米片可以提供大量纳米级和微米级的介孔,有利于电解质的充分渗透,而且有效地避免在循环过程中材料体积的膨胀和原始结构的破坏。(4)以Mo03粉为钼源,FeC12·4H20为铁源,S粉作为硫源,通过一步CVD法在柔性基底碳布上成功制备了MoS2/FeS2纳米复合结构。这种复合结构是由超薄MoS2纳米片均匀地包覆在FeS2颗粒表面所构成。不同反应温度与铁源的量会影响样品的组成和形貌,研究结果表明:650℃反应温度和100 mg铁源的量为其最佳生长条件。这种生长在碳布上的复合结构直接可以作为电解水制氢的电极材料,表现了非常优异的催化活性:在0.5 M H2SO4电解液中,10mA cm-2的电流密度下过电位为134 mV,Tafel斜率为76.8 mV dec-1,和优异的电化学稳定性。其优异的电化学性能主要归因于样品良好的导电性,大的比表面积和MoS2纳米片与FeS2纳米颗粒之间的协同效应。(5)利用在钼基底上制备的垂直MoS2纳米片阵列为前驱体,通过红磷磷化的方法得到了 MoP纳米片阵列结构。垂直MoP纳米片阵列结构结晶性高且形貌可控,具有很大的比表面积,容易暴露更多的活性位点,提高了电化学反应活性。探究不同反应条件(磷化温度和红磷量)对获得产物的影响,获得900℃磷化温度以及500 mg红磷质量为最佳工艺参数。在最佳条件下得到的MoP纳米片阵列结构作为无粘合剂、集成和自支撑的制氢反应电极,在0.5 M H2SO4和1 M KOH的电解液中,在电流密度为10 mA cm-2时的过电位分别为95和106 mV,以及相对较小的Tafel斜率(50.0和55.0 mV dec-1),并且在酸性和碱性电解质中具有优异的电化学耐久性。因此,这种其独特的自支撑MoP纳米片阵列结构作为电解水制氢的催化剂,有广泛的运用前景。
Abstract
ru jin ,hua dan ran liao de kuai su xiao hao dai lai le yi ji lie yan chong de huan jing wen ti ,ren lei pai qie xi wang zhao dao neng gou dai ti chuan tong ran liao de qing jie neng yuan bing kai fa you xiao de neng liang cun chu ji shu 。zuo wei qing jie he ke zai sheng de neng liang zai ti ,qing (H2)neng yuan bei ren wei shi ti dai hua dan ran liao you xi wang de hou shua zhe ,qing neng de ying yong ke jian shao dui hua dan ran liao de yi lai ,bing tong guo jian shao wen shi xiao ying de ying xiang he ji ta you du wu zhi de pai fang lai zeng jia dui huan jing you yi de qi ti 。yin ci guan yu qing neng de zhi bei bian de you wei chong yao ,ji zhong ,yi chong hen you xiao de fang fa shi dian jie shui zhi qing 。ling yi fang mian ,li li zi dian chi (LIBs)shi yi chong chu cun he xie dai neng liang de fang fa 。LIBszuo wei dian xing de er ci dian chi ju you hu duo you dian ,bao gua ti ji xiao 、chong liang qing 、neng liang mi du gao he xun huan shou ming chang deng 。LIBszai qing jie neng yuan chu cun yi ji dian dong qi che gong ye zhong fa hui zhao chong yao zuo yong 。kai fa xin xing dian ji cai liao ying yong yu dian jie shui zhi qing he li li zi dian chi cheng wei yan jiu de re dian 。jin nian lai ,mu ji hua ge wu you yu yong you zhao du te de wu li hua xue xing neng he wei guan jie gou ,xun su yin qi le guo nei wai zhong duo ling yu de zhuan jia xue zhe men an fan de guan zhu 。zuo wei mu ji hua ge wu zhong ju you dai biao xing de cai liao ,er liu hua mu (MoS2)he lin hua mu (MoP)yi jing bei zheng ming zai dian jie shui zhi qing he li li zi dian chi fang mian you zhao chu se de ying yong qian jing 。ben lun wen yi mu ji hua ge wu na mi cai liao (MoS2he MoP)zuo wei yan jiu dui xiang ,she ji he gou zhu le MoS2na mi hua 、chan ceng 、jin zi da xing he duo ceng MoS2na mi jie gou 、chao bao MoS2pian zhen lie 、MoS2/FeS2na mi fu ge jie gou yi ji MoPna mi pian zhen lie jie gou ,ji tong yan jiu le gong yi can shu dui zhe xie na mi jie gou de xing mao diao kong ,bing ju tan suo le ji zhong zhen lie jie gou he fu ge cai liao zai chu li xing neng he dian cui hua zhi qing fang mian de ying yong 。zhu yao yan jiu cheng guo ru xia :(1)yi ]MoO3he Sde fen mo zuo wei yuan liao ,zai zhen kong guan shi lu zhong ,tong guo hua xue qi xiang chen ji (CVD)fa ,zai gui ji de shang zhi bei de dao le you chao bao na mi pian (hua ban )gou cheng de MoS2na mi hua 。suo zhi bei de san wei na mi hua jie gou du li de sheng chang zai ji de biao mian ,heng xiang che cun wei 3-4 μm,na mi pian hou du wei 10-30 nm。tong guo fen xi de chu MoS2na mi hua de sheng chang ji li :bian yuan wei cuo he qu mian de xing cheng yin qi de na mi pian de chui zhi sheng chang 。(2)yi MoO3he Sde fen mo zuo wei yuan liao ,tong guo diao jie zai ti ya qi qi ti liu su ,tong guo cui hua ji fu zhu de CVDfa cheng gong de zhi bei le che cun wei 4-5 μmde chan ceng san jiao xing bao pian 、shao ceng jin zi da dao duo ceng kuai zhuang de MoS2na mi jie gou 。yan jiu jie guo biao ming ,zai qi liu su dui MoS2de cheng he he sheng chang you chong yao ying xiang :jiao di liu su de ya qi hui dao zhi MoS2na mi jie gou wen ding sheng chang ,xing cheng jun yun de chan ceng na mi bao pian ,er jiao gao de liu su hui dao zhi kuai su lian xu de cheng he ,shen zhi hui shi de MoS2na mi jie gou de bu wen ding he mo xu sheng chang ,xing cheng shao ceng MoS2jin zi da huo bu gui ze xing zhuang de duo ceng MoS2na mi kuai 。(3)li yong yi bu CVDfa ,zai mu bo ji de shang zhi jie zhi bei le chui zhi pai lie de MoS2na mi pian zhen lie ,er zhe xie chui zhi sheng chang de MoS2na mi pian bi ci mi ji de jie ge zai yi qi xing cheng le da liang de wei jie kong kong xi ,chan ge MoS2na mi pian de hou du yao wei 10 nm。yi ci zhi jie zhi zuo de zi zhi cheng mo nian jie ji li li zi dian chi fu ji ju you gao de bi rong liang (0.1 A g-1de dian liu mi du xia 1061 mAh g-1de fang dian bi rong liang ),liang hao de xun huan wen ding xing (zai xun huan 40ci hou bao chi 82%yuan shi dian rong liang )he chu se de bei lv xing neng 。you yi de xing neng zhu yao gui yin yu :MoS2na mi pian zhen lie ke yi hen hao de nian fu dao dao dian ji liu ti (Mobo )shang ,ji da de cu jin dian zi he li li zi de chuan shu ;chao bao de MoS2na mi pian ke yi da da jian shao li li zi kuo san he dian zi de chuan shu lu jing ;wang lao zhuang MoS2na mi pian ke yi di gong da liang na mi ji he wei mi ji de jie kong ,you li yu dian jie zhi de chong fen shen tou ,er ju you xiao de bi mian zai xun huan guo cheng zhong cai liao ti ji de peng zhang he yuan shi jie gou de po huai 。(4)yi Mo03fen wei mu yuan ,FeC12·4H20wei tie yuan ,Sfen zuo wei liu yuan ,tong guo yi bu CVDfa zai rou xing ji de tan bu shang cheng gong zhi bei le MoS2/FeS2na mi fu ge jie gou 。zhe chong fu ge jie gou shi you chao bao MoS2na mi pian jun yun de bao fu zai FeS2ke li biao mian suo gou cheng 。bu tong fan ying wen du yu tie yuan de liang hui ying xiang yang pin de zu cheng he xing mao ,yan jiu jie guo biao ming :650℃fan ying wen du he 100 mgtie yuan de liang wei ji zui jia sheng chang tiao jian 。zhe chong sheng chang zai tan bu shang de fu ge jie gou zhi jie ke yi zuo wei dian jie shui zhi qing de dian ji cai liao ,biao xian le fei chang you yi de cui hua huo xing :zai 0.5 M H2SO4dian jie ye zhong ,10mA cm-2de dian liu mi du xia guo dian wei wei 134 mV,Tafelxie lv wei 76.8 mV dec-1,he you yi de dian hua xue wen ding xing 。ji you yi de dian hua xue xing neng zhu yao gui yin yu yang pin liang hao de dao dian xing ,da de bi biao mian ji he MoS2na mi pian yu FeS2na mi ke li zhi jian de xie tong xiao ying 。(5)li yong zai mu ji de shang zhi bei de chui zhi MoS2na mi pian zhen lie wei qian qu ti ,tong guo gong lin lin hua de fang fa de dao le MoPna mi pian zhen lie jie gou 。chui zhi MoPna mi pian zhen lie jie gou jie jing xing gao ju xing mao ke kong ,ju you hen da de bi biao mian ji ,rong yi bao lou geng duo de huo xing wei dian ,di gao le dian hua xue fan ying huo xing 。tan jiu bu tong fan ying tiao jian (lin hua wen du he gong lin liang )dui huo de chan wu de ying xiang ,huo de 900℃lin hua wen du yi ji 500 mggong lin zhi liang wei zui jia gong yi can shu 。zai zui jia tiao jian xia de dao de MoPna mi pian zhen lie jie gou zuo wei mo nian ge ji 、ji cheng he zi zhi cheng de zhi qing fan ying dian ji ,zai 0.5 M H2SO4he 1 M KOHde dian jie ye zhong ,zai dian liu mi du wei 10 mA cm-2shi de guo dian wei fen bie wei 95he 106 mV,yi ji xiang dui jiao xiao de Tafelxie lv (50.0he 55.0 mV dec-1),bing ju zai suan xing he jian xing dian jie zhi zhong ju you you yi de dian hua xue nai jiu xing 。yin ci ,zhe chong ji du te de zi zhi cheng MoPna mi pian zhen lie jie gou zuo wei dian jie shui zhi qing de cui hua ji ,you an fan de yun yong qian jing 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自北京邮电大学的郭一飞，发表于刊物北京邮电大学2019-07-19论文，是一篇关于电催化析氢论文,锂离子电池论文,二硫化钼论文,磷化钼论文,电化学性能论文,北京邮电大学2019-07-19论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自北京邮电大学2019-07-19论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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