二硫化鉬-碳化鉬納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備及其光輔助電催化析氫性能研究.pdf

1、隨著人類科技的進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于自己賴以生存的條件與環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越重視。傳統(tǒng)石化燃料的利用率較低，而且在使用中還會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，所以人們迫切地尋求高效且潔凈的新型能源。氫氣作為一種綠色燃料，在未來(lái)是傳統(tǒng)石油燃料很有前途的替代品。在眾多制取氫氣的方法中，電解水法因其原材料豐富且設(shè)備簡(jiǎn)單而頗受人們的關(guān)注。為了提高電解水制取氫氣的效率，研究人員開(kāi)始尋求各式各樣的催化劑。稀有金屬，如鉑等，在析氫反應(yīng)中具有很高的效率，然而它們的

2、成本高，且儲(chǔ)存有限，這限制了它們的大規(guī)模應(yīng)用。在過(guò)去的數(shù)年中，二硫化鉬吸引了廣泛的注意，由于它儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，并且在酸性溶液中具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性。雖然二硫化鉬的研究有了很大的進(jìn)展，但是同時(shí)提高二硫化鉬材料的電導(dǎo)性和邊緣位點(diǎn)的數(shù)量，從而使其成為高效的析氫反應(yīng)催化劑，目前仍舊是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。
　　本論文依據(jù)原位固態(tài)反應(yīng)，再經(jīng)過(guò)水熱處理等方法，制備了二硫化鉬/碳化鉬-摻氮碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)。在這種納米復(fù)合結(jié)構(gòu)中，碳化鉬納米顆

3、粒鑲嵌在氮元素?fù)诫s的碳納米管中，而二硫化鉬納米片則生長(zhǎng)在碳納米管的外部。通過(guò)調(diào)節(jié)聚合溫度和苯胺濃度，聚苯胺薄膜可以均勻地覆蓋在三氧化鉬納米帶上。將三氧化鉬/聚苯胺復(fù)合物放置在高溫煅燒爐中，在氬氣保護(hù)狀態(tài)下700℃煅燒2小時(shí)之后，即可獲得二氧化鉬/碳化鉬納米復(fù)合材料。將含有二氧化鉬/碳化鉬納米復(fù)合材料前驅(qū)物和硫脲的水溶液在高壓釜中200℃下保持48小時(shí)，可以獲得二硫化鉬/碳化鉬-摻氮碳納米管復(fù)合材料。通過(guò)掃描電鏡圖片、透射電鏡圖片、X射線

4、衍射分析、X射線光電子能譜分析等手段對(duì)最終產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和物質(zhì)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種復(fù)合材料中的二硫化鉬納米片的厚度在1-5納米之間，并且二硫化鉬片在碳納米管上呈現(xiàn)有角度地生長(zhǎng)，可以使得更多的活性邊緣位點(diǎn)暴露在電解液中。除此之外，二硫化鉬納米片的（002）晶面間距出現(xiàn)膨脹，使二硫化鉬納米片富有缺陷，為析氫反應(yīng)提供了額外的邊緣活性位點(diǎn)。
　　電催化測(cè)試結(jié)果表明，作為電催化劑，二硫化鉬/碳化鉬-摻氮碳納米管材料電極擁有較低的開(kāi)啟過(guò)電勢(shì)