电催化析氢技术：以泡沫镍为载体的镍钼基化合物自支撑电极的制备及性能研究

电催化析氢技术：以泡沫镍为载体的镍钼基化合物自支撑电极的制备及性能研究

概括：

随着人类对能源需求的快速增长和工业化以来环境问题的日益严峻，寻找原料丰富、储存方便的清洁能源迫在眉睫。因此，电催化制氢技术以其原料丰富、产物清洁等特点逐渐引起学者们的兴趣。目前，Pt基材料仍是性能最好的催化剂，但其高昂的成本限制了电催化制氢的发展。开发高效廉价的催化剂可以有效促进氢气的工业化生产。在众多非贵金属材料中，泡沫镍（NF）由于其三维结构、高活性等特点，成为一种极具潜力的材料。以NF为载体制备的自支撑电极材料具有比表面积更大、电子转移速度更快、稳定性优良等优点。目前，优化材料性能的策略有很多，如构建异质结、掺杂非金属元素等。基于此，本文的工作主要针对镍钼基化合物自支撑电极的制备及其电催化制氢性能的研究。 系统研究了材料制备工艺及磷掺杂对材料结构与性能的影响，主要研究内容如下：（1）制备异质结构磷掺杂钼酸镍/二氧化钼（P-Ni Mo O_4/Mo O_2）复合材料。适量的磷掺杂可以有效加宽晶格条纹，优化电子结构以加速活性氢的输​​运和氢的脱出，加快反应效率。在此基础上探究了热处理温度对材料结晶性的影响；热处理温度过低会影响相的形成；热处理温度过高会使材料硬脆，影响反应效率，当热处理温度为400℃时有利于材料性能的提高。 当电流密度达到100 mA cm~(-2)时材料的过电位可达353mV，Tafel斜率为101.02 mV dec~(-1)。（2）氧化物在酸性或碱性溶液中不够稳定，而过渡金属硫化物通常具有良好的耐腐蚀性能。基于此，制备了同轴异质结构磷掺杂二硫化镍@碳化钼（P-@Mo C）复合材料，并研究了磷掺杂对材料性能的影响。当磷源用量为2 g时，材料可以获得较好的性能。通过控制水热时间可以控制材料的微观结构和晶粒尺寸，规则有序的微观结构和合适的晶粒尺寸有利于材料性能的提高，当水热时间为24 h时，制备的材料性能最佳。 当电流密度达到100 mA cm~(-2)时,其过电位可达337 mV,Tafel斜率为98.79 mV dec~(-1)。

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