自组装MoS_2纳米结构的可控合成及电催化产氢性能研究

以廉价的仲钼酸铵和硫化铵为原料合成出硫代钼酸铵[(NH_4)_2Mo S_4]前驱体,通过调控前驱体浓度,采用水热法实现二硫化钼(MoS_2)纳米颗粒、纳米片和纳米花的可控自组装制备,分析其自组装生长机理.研究MoS_2不同纳米结构对电催化产氢性能的影响,发现纳米片结构的MoS_2具有较高的催化活性,析氢过电位仅为310 m V,塔菲尔斜率为32.7m V/dec,并且随着纳米片层数增加,球形纳米花结构的MoS_2催化活性降低,但其催化稳定性较好.     

应力对MoS_2纳米带催化析氢活性的影响

基于密度泛函理论的第一性原理计算,系统地研究了应力对MoS_2纳米带的几何构型、电子性质和催化析氢活性的影响。结果表明:一定范围内的压应力可以改善MoS_2纳米带的催化析氢活性,而拉应力对MoS_2纳米带析氢活性产生负效应,当产生的应变达到-13%时,析氢活性达到最高;在应力的作用下,费米能级附近S原子与H原子的电子态在-0.2~0.3eV能量范围内产生一定的交叠,有利于MoS_2纳米带催化析氢活性的提高。该研究期望能够为MoS_2纳米带成为新型高效的析氢反应催化剂提供一定的理论参考。     

Co掺杂MoS2/石墨烯的制备及其析氢性能研究

通过丁基锂插层剥离MoS_2,得到少层MoS_2,利用水热反应制备Co掺杂MoS_2/石墨烯复合催化剂.通过改变Co掺量,探究不同掺量Co对MoS_2/石墨烯复合催化剂结构和催化性能的影响.实验结果表明,所制得的Co-0. 1-MoS_2/石墨烯复合催化剂,在0. 5 mol/L的H_2SO_4溶液中,电流密度为10 m A/cm~2下,其过电位为163 m V,Tafel斜率为49. 2 m V/dec.经过1 000次循环伏安(CV)后,其电催化析氢性能没有显著的衰减,表明该催化剂在电催化析氢反应中具有优异的催化活性和稳定性.     

纳米多孔Ni的制备及其电催化析氢性能研究

采用快速凝固结合脱合金的方法制备纳米多孔Ni,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对试样进行物相分析和形貌表征,并使用线性扫描伏安(LSV)、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)等方法测试纳米多孔Ni电极的电催化析氢性能.结果表明:Ni₅Al₉₅前驱体合金在65 ℃条件下经4 h脱合金化后获得多层次、双连续的纳米多孔Ni.在50 mA·cm^－2电流密度下,25 ℃时析氢过电位为257 mV,双电层电容为4.7 mF·cm^－2,在析氢反应过程中表观活化能为26.06 kJ·mol^－1,电化学脱附是整个反应的控制步骤.经过1 000圈循环伏安耐久实验后,纳米多孔Ni电极在25 ℃下极化曲线基本保持原状,50 mA·cm^－2电流密度下析氢过电位减小6 mV,表现出优良的析氢稳定性.     

纳米多孔Co的磷化物制备及其电催化析氢性能

采用脱合金化、水热合成和化学气相沉积制备纳米多孔Co、NiCo(OH)₂/Co和NiCo(OH)₂-P复合电极. 通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法表征电极材料的物相和形貌结构. 在1 mol·L^－1的KOH溶液中,运用线性扫描伏安曲线(LSV)、交流阻抗谱(EIS)、循环伏安曲线(CV)等测试电极的电催化析氢性能. 结果表明:纳米多孔Co、NiCo(OH)₂/Co、NiCo(OH)₂-P电极材料的析氢性能依次增加,化学气相沉积(CVD)磷化后的纳米多孔NiCo(OH)₂-P在10 mA·cm^－2电流密度下,其过电位为139 mV,Tafel斜率为123.57 mV·dec^－1,双电层电容为30.16 mF·cm^－2. 经过1 000圈循环伏安耐久性实验后,纳米多孔NiCo(OH)₂-P电极在10 mA·cm^－2电流密度下,析氢过电位仅相差7 mV,表现出良好的析氢稳定性.     

二硫化钼自支撑电极电化学析氢性能研究

目前电解水制氢性能最佳的催化剂是铂基催化剂,但铂地壳丰度却很低,需寻求性能优异且价格低廉的替代品。二硫化钼是一种有望替代铂基催化剂的高效析氢催化剂。采用溶剂热方法制备了4种不同性能的MoS_2,并在其上成功地掺杂了非贵金属Ni和Co,改善其析氢性能。结果表明:仲钼酸铵水热法制备MoS_2时,掺入质量分数0.018%的钴,可以将其析氢活性大大提高,在电流密度10 mA·cm~(-2)时的电位由273 mV降到234 mV;当把溶剂水换成N,N-二甲基酰胺(DMF),MoS_2具有独特的垂直排列形貌,暴露了更多的硫边位,因此在电流密度10 mA·cm~(-2)时,过电位为220 mV;而在MoS2中掺氟制得的F-MoS_2,由于F的掺入加快了其电子传输速率,塔菲尔(Tafel)斜率仅为62 mV/dec。     

尺寸可控的SnO_2纳米颗粒合成和高效光催化性能研究

采用水热法合成了SnO2纳米颗粒,通过XRD、TEM、HRTEM和DRS等手段系统表征了合成颗粒.结果表明:通过调节NaCl浓度可有效控制SnO2纳米颗粒的尺寸,在NaCl浓度为1.13 mol/L时SnO2纳米颗粒的晶粒尺寸约6 nm.DRS图谱显示SnO2纳米颗粒在200～400 nm的紫外光范围内有明显的吸收.该催化材料在模拟太阳光下降解罗丹明B表现出优异的光催化性能,主要是由于其颗粒尺寸较小,比表面积较大.     

ZnS量子点/聚氨酯纳米复合材料的荧光光谱

采用水相法制备了经巯基丙酸表面改性的ZnS量子点溶胶,再利用铸膜法得到了ZnS量子点/聚氨酯纳米复合膜.通过紫外吸收光谱和荧光光谱等方法对制得的ZnS量子点及ZnS量子点/聚氨酯纳米复合膜进行了分析表征.紫外吸收光谱表明,纯化前后ZnS量子点的尺寸没有变化,根据Brus模型可知,70℃下回流得到的ZnS量子点的尺寸为30 nm.荧光光谱表明:提高回流温度可显著提高ZnS量子点的发光强度;ZnS量子点水溶液在400 nm左右的发光带是受限态发光,归因于ZnS量子点表面锌原子空位产生的载流子辐射再结合;复合后发光带从400 nm红移到425 nm左右.     

脉冲电沉积制备非晶态Ni-Mo合金及析氢性能

电解水产氢具有原材料来源丰富、生产过程清洁、效率较高的优势,已经成为广泛研究的技术之一.通过脉冲电沉积技术,在不同的电流密度和占空比下,制备了不同的非晶态Ni-Mo合金镀层,研究了电流密度和占空比对镀层性能的影响.结果表明:随着占空比和电流密度的增大Mo含量减小,表面更加粗糙,在电流密度为2.5 A·dm^－2和占空比0.8下,可获得表面极为粗糙的非晶态Ni-Mo合金镀层,另外,占空比为0.6和电流密度为2.0 A·dm^－2下获得晶粒尺寸较小的合金镀层.粗糙表面结构的Ni-Mo合金在较大的过电位下表现出更好的析氢催化性能,而具有较高Mo含量和细小晶粒尺寸的合金镀层析氢催化活性较高.     

ZnS量子点/聚氨酯纳米复合材料的荧光光谱研究

摘要：合成了高水溶性ZnS半导体量子点(QDs)及ZnS量子点/聚氨酯(PU)纳米复合材料。制备了用巯基丙酸(MPA)表面改性的ZnS量子点溶胶,再利用铸膜法得到了ZnS量子点/聚氨酯(PU)纳米复合膜。根据Brus模型和透射电镜分析可知,70 ºC下回流得到的ZnS量子点的尺寸为4-6 nm。荧光光谱表明,提高反应温度可显著提高ZnS量子点的发光强度;位于400 nm左右的发光带属于束缚态或受限态发光,而不是带边发光,这起因于束缚态载流子(电子和空穴)的辐射再结合; ZnS量子点/聚氨酯纳米复合材料的荧光光谱特性表明,复合材料中ZnS量子点的尺寸分布没有受到太大影响,不过发光带从400 nm蓝移到360 nm左右。     

介孔硅负载超细Pd纳米粒子催化甲酸分解脱氢

甲酸被认为是一种有前景的化学储氢材料,其释放的氢气能够供给质子交换膜燃料电池使用,应用的关键是要寻找到具有优异性能的催化剂能够使得其在温和的温度调节下产氢.该文使用一步共还原法制备了表面氨基功能化负载的Pd纳米催化剂(Pd@NH₂-SBA-15).通过FT-IR、SEM和TEM等技术表征表明Pd@NH₂-SBA-15催化剂成功地被合成,尺寸约为2.1 nm的超细Pd纳米粒子均匀地分散在NH₂-SBA-15载体上.Pd@NH₂-SBA-15催化剂可用于催化甲酸分解制氢.结果表明:在室温下,Pd@NH₂-SBA-15催化甲酸分解产氢表现出优异的催化活性,初始转换频率(T_OF)值为1 686 h^-1,氢气选择性为90%.Pd@NH₂-SBA-15催化剂优异的催化性能主要归因于超细的Pd纳米粒子、嫁接到SBA-15上的氨基官能团,以及Pd纳米粒子与载体之间的协同增强催化作用.     

MoS_2纳米材料高效析氢研究进展

光催化技术的出现,可有效利用半导体进行光催化产氢,从而获得清洁、可再生的氢能。其中,二硫化钼(MoS_2)纳米材料具有可调的禁带宽度、边缘活性位点丰富、成本低等优点,近年来被广泛应用于高效析氢领域。该文综述了MoS_2的性质和应用,并重点分析通过贵金属沉积、离子掺杂、缺陷调控和复合改性的方法改善MoS_2的光催化析氢性能。     

Ni-Cu合金的脱合金制备及其析氢电催化性能

通过真空熔炼与固溶处理相结合的方法获得Ni_(30)Mn_(70)和Ni_(20)Cu_(10)Mn_(70)前驱体合金,经电化学脱合金化法制备纳米多孔Ni及Ni-Cu合金,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析合金相组成和微观结构,运用线性扫描伏安法、交流阻抗、方波电位法及计时电位法研究电极的析氢电催化性能.结果表明:纳米多孔Ni-Cu合金电极具有较高的电催化析氢性能,在0.1 A/cm~2电流密度下,析氢过电位仅19 mV,具有较好的电化学稳定性.     

CoS量子点的尺寸可控制备及光学性质研究

采用液相超声剥离法成功制备了CoS量子点(QDs),使用透射电子显微镜(TEM)对CoS QDs的形貌和结构进行了表征，利用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)和荧光光谱仪(PL)测试了样品的吸光度和不同激发波长下的荧光强度.测试结果表明：在离心转速为4 500、3 000 r/min和1 500 r/min时，CoS QDs的平均尺寸分别为3.4、3.6 nm和4.4 nm;三种尺寸的CoS QDs具有宽带光吸收特性，并且随着量子点尺寸的增加，CoS QDs的吸收范围逐渐变宽，PL峰表现出Stokes位移和激发波长依赖性.     

量子点CuInS_2晶体的近红外光学性质研究

利用密度泛函理论,对CuInS_2量子点晶体进行光学性质预测,得到CuInS_2晶体的理想禁带宽度为1. 08 eV,属于直接带隙半导体.同时计算了材料介电常数,折射系数,吸收系数及光损耗系数谱图.结合图谱分析,明确了CuInS_2量子点晶体位于波长范围750～1 500 nm表现出很好的透光性能.量子点CuInS_2晶体可能成为一种潜在的近红外成像示踪材料.本文拟使用CuInS_2量子点晶体标记纳米粒子,实现示踪的效果.     

Zn掺杂MoS2的构型、电子结构及电催化析氢性能的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法对二硫化钼(MoS₂)完整表面和不同掺杂浓度下过渡金属Zn原子掺杂MoS₂表面(Zn-MoS₂)的构型、电子结构及其电催化析氢性能进行了研究.研究结果表明:与MoS₂完整表面相比,Zn掺杂单层MoS₂的氢吸附吉布斯自由能(-0.09 eV)明显减小,接近理想值(约0 eV),表现出优异的析氢催化反应性能.电子结构研究结果表明:Zn掺杂MoS₂表面后,体系费米能级附近出现了Zn-3d轨道的带隙态,这表明有效调控了MoS₂催化材料的电子结构.在费米能级附近还出现了与Zn原子相邻的S原子的3p轨道的新电子态,可有效增强S-3p轨道和H-1s轨道的重叠,从而提高吸附氢的性能、优化电催化析氢性能.进一步对不同Zn掺杂浓度下Zn-MoS₂体系的研究结果表明提高Zn掺杂浓度仍能保持优异的电催化析氢反应性能.该文通过引入不同Zn掺杂浓度的方法,对MoS₂电催化剂的电子结构进行调控,从而有效提升电催化析氢反应性能.     

CdSe量子点的制备及其被聚乳酸包被的研究

以巯基乙酸为稳定剂,制备CdSe量子点,并考察聚乳酸对量子点的包被.采用透射电镜对CdSe量子点被聚乳酸包被前后的形貌进行观察,采用X射线粉末衍射、紫外可见吸收光谱、荧光光谱和荧光显微镜对产物进行分析和表征.研究结果表明:CdSe为闪锌矿型(立方形)的球形纳米晶,量子点的平均尺寸为4 nm,具有明显的量子尺寸效应和较强的荧光强度;组装聚乳酸的量子点相对于纯的量子点尺寸明显增大(40 nm),荧光强度有所增强,且量子点被包裹在内核,具有明显的核壳结构.     

水溶性MPA-CdSe量子点的可控合成与荧光性能研究

用巯基丙酸(MPA)作为稳定剂,合成了水溶性的MPA-CdSe量子点,研究反应温度和反应时间对量子点性能的影响.通过紫外可见光谱、荧光光谱、透射电子显微镜(TEM)、XRD等方法分别对其结构、分散性及形貌进行了表征.结果表明:当反应温度为110℃,反应时间为5h时,所合成的MPA-CdSe量子点具有良好的分散性(纳米尺寸约2~3nm),且具有优异的发光特性,其量子产率可达83%.     

Pd@Pt核壳型纳米粒子的制备及其在de-No_x加氢反应中的催化性能研究

以PVP、油胺作为稳定剂,采用溶胶法成功合成了不同尺寸的Pt纳米颗粒,以及具有核壳结构的Pd@Pt纳米颗粒.采用TEM,EDS,IR-CO对合成的纳米粒子进行了表征,并考察了Pt/Al_2O-3以及Pd@Pt/Al_2O_3在de-NO_x加氢反应中的催化性能.实验结果表明:溶胶法可以有效控制所合成的Pt纳米颗粒的尺寸,且在deNO_x加氢反应中,小尺寸的Pt纳米颗粒显示出了更高的反应活性.此外当反应条件为H_2/NO=4/1时,de-NO_x反应主产物为氨;在反应条件为H_2/NO=1/1时,该反应更倾向于生成N_2.在相同的反应条件下,与小尺寸的Pt纳米颗粒相比,核壳型Pd@Pt/Al_2O_3纳米颗粒在de-NO_x反应中具有最高的催化性能,显著提升了N_2的选择性,在150℃时N_2含量达到最大值62%,是单金属Pt_(4.5)/Al_2O_3催化剂的两倍以上.这可能是由于核层的Pd与壳层的Pt之间的相互作用改变了金属Pt的核外电子性质而引起的.     

自支撑的纳米多孔Al掺杂NiCu-S电极的制备及其电解水析氢性能研究

针对电解水制氢领域对廉价、高效、稳定析氢催化剂的需求,采用Al作为活泼组元在真空感应熔炼炉中熔炼出不同原子比的三元Al-Ni-Cu合金,利用快速凝固甩带技术将其制备成合金条带,后续进行脱合金化处理和水热硫化反应,得到Al掺杂的NiCu双金属硫化物析氢自支撑电极。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的物相和形貌进行表征,结果表明,随着Ni/Cu原子比的提高,电极表面呈现出一种由紧密的均匀生长的纳米片到纳米板的结构演变趋势,极大地增加了电极材料的活性比表面积,暴露出更多的活性位点。在酸性介质中(0.5 mol/L H_2SO_4)进行电化学性能测试,结果表明,Ni/Cu原子比为2∶1时,获得的S-np-Ni21Cu7自支撑电极在析氢过程中电流密度达到50 mA/cm~2时仅需要245 mV的过电位,表现出良好的析氢活性,同时在长时间测试中表现出较好的稳定性和耐久性。