模板转化法制备过渡金属磷化物及析氢电催化性能研究

作     者：江雅婷 

作者单位：厦门大学 

学位级别：硕士

导师姓名：匡勤

授予年度：2019年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：过渡金属磷化物 析氢反应 金属有机框架 H2O2传感 

摘      要：氢燃料是一种绿色、可再生的能源,在未来有希望代替化石燃料。电解水能够实现清洁、可持续产氢。迄今为止,Pt依然是最好的析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)催化剂,然而价格昂贵、资源稀缺和在碱性中较差的稳定性,限制了其广泛的应用。近年来,研究表明过渡金属磷化物(Transition Metal Phosphides,TMPs)具有优异的HER催化活性。尽管以TMPs作为HER催化剂取得了一定的进展,但依然存在一些问题有待解决。例如,只有很少一部分的TMPs能表现出与Pt相近的活性;在碱性中较差的活性和稳定性。因此,本论文旨在探索TMPs新的制备合成方法并研究其HER催化活性和稳定性。具体研究内容如下:(1)通过溶剂热法大批量合成了大小在2 nm左右的无定形铑纳米粒子(Rh),并将Rh负载在活性炭上后,通过气-固法制备了磷化铑纳米粒子与活性炭的复合材料(Rh2P/C)。实验探究发现合成的催化剂在全pH范围下表现出优异的催化活性和稳定性,尤其在碱性中表现出优于商业Pt/C的活性和稳定性。(2)以金属有机框架材料HKUST-1作为模板,通过直接磷化和先碳化再磷化两种方式,合成了具有碳掺杂的空心磷化铜(Cu3P/C)和碳包裹的磷化铜(Cu3P@C)。实验结果表明具有空心结构的磷化铜表现出了较好的催化活性和优异的稳定性。此外,我们还发现Ru的掺入确实能够有效地提高催化剂的催化性能。(3)通过自牺牲模板法合成了具有核壳结构的Cu-MOF-74包裹的铜纳米线,实验表明通过控制反应时间能够合成具有不同厚度的Cu-MOF-74层。H2O2传感性能测试结果表明,铜纳米线外层包裹的Cu-MOF-74能富集H2O2并增强响应的信号。透射电镜表征表明,传感测试后铜纳米线表面的Cu-MOF-74会遭到一定程度的破坏。