《钼基化合物复合材料的设计及其电解水催化性能》共9章,分别介绍了一系列钼基化合物复合材料的设计及制备,较为全面和系统地阐述了其电解水催化性能,以及元素掺杂、异质结构、表面改性、电子结构调控等改善钼基电解水催化材料性能的方法。
《钼基化合物复合材料的设计及其电解水催化性能》可为氢能源用非贵金属电催化材料的开发和研究提供借鉴。
《钼基化合物复合材料的设计及其电解水催化性能》可供材料科学、氢能源科学、能源化学等领域的研究人员和从业人员阅读,也可为材料类、新能源类专业高等院校师生提供参考。
氢气是一种可再生的清洁能源,具有较大的能量密度,燃烧时具有良好的能量转化效率,释放的能量是相同质量碳氢化合物燃烧释放能量的近3倍,而且,氢气燃烧的产物是无污染、可以循环利用的水,可以减小能源燃烧产生大量废气引发的环境污染,消除环境部门对产物产生环境危害的担忧。由于这些优点,氢气被看作工业发展的理想能源。目前传统煤制氢、天然气制氢和其他化工原料制氢技术都存在一定的高能耗、高污染、工艺流程长且出氢纯度低等缺点,而电解水制氢技术则具有零排放和产品纯度高等优势,耦合可再生能源电解水制氢,还能有效消纳“三弃”电力,调整电力系统能源结构。由可持续能源驱动的电化学水分解过程中,贵金属基催化剂仍然是最有效和持久的析氢和析氧催化剂。然而,它们的稀缺性和高成本阻碍了它们的大规模应用,开发活性高和稳定性强的非贵金属电催化材料对于实现经济的制氢至关重要。近年来,钼基的碳化物、硫化物、氧化物等,因具有非凡的催化性能而备受关注,被视为有前景的催化材料。然而,钼基电催化剂仍存在催化稳定性低、电导率和活性比表面积小等问题。
本书是作者在总结多年研究成果的基础上撰写而成的,全书设计及制备了一系列钼基化合物复合材料,并对其电解水催化性能进行了较为全面和系统地分析,通过元素掺杂、异质结构、表面改性、电子结构调控等各种方法改善了钼基电解水催化材料性能,为氢能源用非贵金属电催化材料的开发和研究提供了理论及实验依据。
本书共9章,第1章主要综述了钼基电解水催化材料的研究进展;第2章利用水热法和氢还原方法,成功制造出含大量氧空位的铁掺杂的二氧化钼/三氧化钼异质结构用于双功能电催化剂;第3章设计了一种二氧化钼-氟化铈异质结纳米片;第4章设计并提出了一种新的由稀土金属和非贵金属异质结组成的具有丰富活性界面的不规则椎体结构,可作为高性能、耐用的双功能析氢和析氧电催化剂;第5章设计并制造了一种自支撑无黏合剂集成电极,该电极由磷化钼多孔纳米片组成,这些多孔纳米片生长在含有Ni3P的泡沫镍上,具有出色的析氢性能和析氧性能;第6章开发了一种原位生长方法,设计合成了普鲁士蓝磷化物/磷化镍/氧化钼/泡沫镍复合材料;第7章选用廉价的304型不锈钢网作为水分解电催化剂自支撑材料,使用一步电沉积法在不锈钢表面形成镍钼电催化剂,为电解水催化材料的大规模工业化生产提供了一种思路;第8章通过水热法制备出包覆不同浓度石墨烯的炭化泡沫/石墨烯/二硫化钼复合材料;第9章设计并开发了多孔N-M02C@C纳米颗粒。
本书涉及的研究工作得益于国家自然科学基金(22065015)、江西省重点研发计划(20202BBEL53023)的资助,本书的出版得到了江西理工大学清江学术文库的资助,在此致以真挚的谢意。本书是作者研究团队集体智慧的结晶,得到了梁彤祥教授、邓义群博士、刘超博士、杨辉博士、曾金明博士,以及蒋鸿辉、陈建、汪方木、李文、曾庆乐等同仁的大力支持,在此一并表示感谢。
本书可供材料科学、氢能源科学、能源化学等领域的研究人员和从业人员阅读,也可作为材料类、新能源类专业高等院校师生的参考书。
由于作者学识水平和经验阅历所限,书中不足之处,恳请有关专家和广大读者给予批评指正。
目录1绪论1.1引言1.2电催化反应机制的概述1.2.1水分解的反应机理1.2.2析氢反应1.2.3析氧反应1.3钼基电催化材料研究进展1.3.1二硫化钼1.3.2碳化钼1.3.3磷化钼1.3.4氧化钼1.4钼基异质结构电催化剂的研究进展参考文献2铁掺杂二氧化钼三氧化钼泡沫镍复合材料的制备及性能2.1引言2.2铁掺杂二氧化钼三氧化钼泡沫镍复合材料的制备2.3表征设备及方法2.4材料的化学组成和结构分析2.4.1XRD分析2.4.2XPS分析2.5材料的微观形貌分析2.6材料的HER电化学性能表征2.7材料的OER电化学和全解水性能表征2.8理论计算参考文献3二氧化钼-氟化铈泡沫镍复合材料的制备及性能3.1引言3.2二氧化钼-氟化铈泡沫镍复合材料的制备3.3表征设备与方法3.4材料的微观形貌分析3.5材料的化学组成和价态分析3.5.1XRD分析3.5.2XPS分析3.6材料在碱性溶液的HER电化学性能表征3.7材料在酸性溶液的HER电化学性能表征3.8材料的循环稳定性参考文献4二氧化钼-氧化铈泡沫镍复合材料的制备及性能4.1引言4.2二氧化钼-氧化铈泡沫镍复合材料的制备4.3表征设备及方法4.4材料的微观形貌分析4.5材料的化学组成和结构分析4.5.1XRD分析4.5.2XPS分析4.6材料在碱性溶液的HER电化学性能4.7材料在碱性溶液OER和全解水电化学性能4.8理论计算参考文献5磷化钼磷化镍泡沫镍复合材料的制备及性能5.1引言5.2磷化钼磷化镍泡沫镍复合材料的制备5.3表征设备与方法5.4催化剂结构分析5.5催化剂形貌分析5.6催化剂电化学性能5.7催化剂循环稳定性参考文献6普鲁士蓝磷化物磷化镍@氧化钼泡沫镍复合材料的制备及性能6.1引言6.2普鲁士蓝磷化物磷化镍@氧化钼泡沫镍复合材料的制备6.3表征设备与方法6.4前驱体的结构与形貌6.5催化剂的结构与形貌表征6.6催化剂的电化学性能6.7催化剂循环之后的结构及形貌6.8实验方法通用性验证参考文献7镍钼合金不锈钢网复合材料的制备及性能7.1引言7.2镍钼合金不锈钢网复合材料的制备7.3表征设备与方法7.4NiMo合金的晶体结构7.5NiMo合金的微观形貌7.6NiMo合金的元素价态7.7NiMo合金的电化学性能7.8NiMo合金的循环测试后的表征参考文献8炭化泡沫石墨烯二硫化钼复合材料的制备及性能8.1引言8.