构筑硫化锰基复合纳米晶及电化学性质研究

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhlinen
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近年来,由化石燃料燃烧引起的环境污染、全球变暖和能源危机已成为世界关注的焦点。因此,寻求清洁和可再生能源变得尤为重要。氢气(H2)在所有化学燃料中能量密度最高且温室气体排放为零,其也被认为是未来的理想能源载体,但是氢气也需要通过一定方法制备出来。电解水制氢具有低成本、制备出的氢气纯度高等优点,因而备受人们关注。然而,商用电解水系统的能量转换效率约为56-73%,为了解决这个问题,我们必须选择合适的催化剂来提高能量转换效率。目前,贵金属催化剂仍然是HER的最有效催化剂,但是其地球储量稀少且成本极高,导致其不能进行大规模应用。因此寻找低成本和高效产氢的高活性非贵金属电催化剂对于析氢反应(HER)而言是非常重要的。Mn基硫族半导体纳米晶具有许多优异的性质,研究发现MnS可以作为锂离子电池阳极材料,它与还原性氧化石墨烯形成的复合材料可作为超级电容器,从而MnS展现出良好的电化学性质。基于上述研究背景,我们对纤锌矿MnS纳米棒的电催化性能进行探究。在本论文中,我们成功合成了平均长度约为50 nm,平均直径约为20 nm的纤锌矿MnS纳米棒、Au修饰形成MnS@Au纳米棒。将MnS纳米棒分别与还原性氧化石墨烯和商用C复合形成MnS@rGO纳米棒、MnS@C纳米棒,MnS@Au纳米棒也分别与还原性氧化石墨烯和商用C复合形成MnS@Au@rGO纳米棒、MnS@Au@C纳米棒。在0.5 M H2SO4溶液,扫描速率为5 mV s-1的三电极体系中,对它们的电催化活性进行了测试,在电流密度为10 mA cm-2时,MnS@Au@rGO电极的过电位是最低的,它的电极过电位为478 mV。同理,在相同的电流密度下,MnS@Au@C比MnS@C的电极过电位低,MnS@Au@C过电位为534 mV。电化学实验结果表明,通过Au修饰增强活性位点的内在活性,提高电导率,降低反应能量势垒,因此Au修饰是提高MnS纳米棒催化性能的有效策略。异质结构纳米晶能够把不同组分的优势集中在一起,使得它的性能往往会优于单一组分的性能,因而具有优异的光学、电学、磁性和催化特性。最近,异质结构催化剂在电化学水分解领域也显示出非凡催化性能。因此,我们采用阳离子交换的方法成功制备了MnS/PbS核/壳结构纳米棒,并且通过控制反应时间来调控纳米棒壳层的厚度,为日后研究它的电化学性质奠定了基础。
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