ni3s2rgo复合材料的制备及在电解水中的应用【字数：9207】
在化石能源消耗殆尽和环境破坏中，氢能被认为是最清洁的可再生能源，电解水被认为是目前产生氢气最有效的最方便的方法，过渡金属硫化物是具有类石墨烯结构的层状无机复合物由于具有较高的比容量而具有吸引力，而且石墨烯良好的导电性和电荷迁移率可以改善电极的导电性和电子在电极反应间的电子传输。为了研究在电解水的负极材料中加入石墨烯对电解水产生的影响，在本文通过在用微波制备Ni3S2过程中加入不同量的石墨烯，从而制备Ni3S2/rGO复合材料。通过对CV曲线、EIS和塔菲尔曲线的数据图像研究分析，表明加入15mg石墨烯的复合材料比加入5mg和10mg石墨烯的复合材料要更加有利于电解水析氢反应。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2课题研究意义 2
1.3国内外研究现状 3
1.4电解水研究现状 3
1.5主要研究内容及技术路线 5
1.5.1主要研究内容 5
1.5.2技术路线 5
第二章 实验过程及方法 6
2.1实验试剂及实验设备 6
2.1.1实验试剂 6
2.1.2实验设备 6
2.2微波法制备Ni3S2/rGO复合材料 6
2.2.1实验前准备工作 6
2.2.2实验原理 7
第三章 加入石墨烯对Ni3S2的影响 10
3.1加入石墨烯的Ni3S2的XRD表征 10
3.2加入石墨烯的Ni3S2的SEM表征 10
第四章 不同GO含量的Ni3S2/rGO复合材料对电解水的影响 12
第五章 结论及展望 14
参考文献 15
致谢 17
第一章 绪论
1.1课题研究背景
化石能源是由古代有机物沉积而成的一种一次性的能源，不完全燃烧会释放出有毒气体。然而，它一直是人类最重要和不可缺少的能源，现在，人类正面临着化石能源消耗的挑战。由于能源需求的日益增长，能源危机和环境污染是世界各国研究人员迫切需要解决的主要问题，从而达到人类可持续发展的愿望，“清洁、低碳、安全、高效”的能源变革已然是大势所趋。超级电容器 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
、锂电池、燃料电池等储能设备得到了广泛的研究。此外，对便携式和可穿戴设备的需求不断增长，这也加快了存储能量和替代由长电缆连接的外部电源的设备的发展。在目前存在的所有能量存储设备，超级电容器(SCS)已被证明是用于储存能量的最有前途的设备之一。虽然他们具有高功率密度，高效率，循环寿命长等优点，进一步应用之前的优势，就必须增加能量密度到一定程度。
自2004年发现以来，石墨烯已迅速成为研究热点。 石墨烯是由sp2杂化碳原子组成的六边形蜂窝状二维晶体结构。 每个碳原子具有三个非常强的键。石墨烯具有优异的物理和化学性质，例如高比表面积，高机械强度，高导电性和优异的电子性能。 有许多合成石墨烯的方法，例如化学气相沉积，直接液体提取等。近年来，已广泛使用诸如化学气相沉积和石墨烯的直接液相萃取的合成方法。石墨烯材料更适合能源设备，因为他有效的制备方法，丰富的前体和独特的性能。在HER催化剂的设计过程中，石墨烯通常用作导电基质以改善活性材料的导电性。
镍合金电极的研究历史悠久。早在1960年代,海德鲁获得的专利NiSs合金作为阴极电解释氢反应，然而，氢释放的阴极反应的发展实际上始于20世纪80年代， 它是具有优异性能的各种合金材料的开发，如Raney Ni，NiMo，NiMoFe，NiS等。
在过去的三十年中，镍合金电极的发展有两个主要的发展。 一种是增加电极的实际表面积，即增加电极的表面粗糙度，从而通过降低电解过程中电极表面的实际电流密度来降低氢过电压。 镍是这些电极的典型代表，但是电极具有致命的弱点并且对逆电流氧化的抵抗力较小。 在长期中断的情况下，电极的催化组分溶解并沉淀，大大降低了电极活性。因此，研究人员致力于研究通过在合金层上喷涂一层吸氢合金膜以吸附大量氢来解决该问题。 另一个发展方向是增加电极本身的电化学活性。
氢气是一种清洁的二次能源载体，可以容易地转换成电能和热能，具有高转换效率和多个源。利用可再生能源实现氢的大规模生产，通过氢的桥接作用，可以为燃料电池提供氢源，也可以提供绿色液体燃料，这使得实现从化石能源到可再生能源的平稳过渡成为可能。促进可持续的氢经济。通过将传统的化石燃料与可再生能源联系起来，氢可以继续“氢经济”并呈现或“在化石能源时代之后”能源系统。 因此，未来能源转换的重要部分之一是使用氢作为的清洁能源。
氢燃料电池可广泛用于汽车，飞机，火车和固定发电厂等车辆，因为具有高能量转换，低噪音和零排放的优点。之所以政府和企业在研发和商业应用方面增加了投资，是因为燃料电池用于载人太空行走，潜艇和分散的发电厂，从而受到了他们更多的关注。未来，当燃煤发电比例相对较低时，如风能和光伏发电规模将增加，整个上游电力结构将成为可再生能源。在这种结构下，新电动汽车，特别是纯电动汽车和基于电解水的燃料电池汽车的排放强度将大大降低。因此，发展氢能和氢燃料电池具有重大的战略意义。
1.2课题研究意义
氢被认为是最清洁的可再生燃料，有望取代化石燃料。因此，新能源氢的发展已成为当务之急。氢的来源非常广阔，目前，存在用于在工业生产氢三种主要方法：甲烷重整，煤的气化和水的电解。在这些技术中，水分解成氢是目前最有效的最方便的方法。由于丰富的电力资源，例如太阳能，风能和潮汐能的，电能效率高达7080％，这是难以集成到电网。电催化是一种加速电极与电解质之间电荷转移的催化剂。非均相电催化反应通常涉及反应物，中间体和产物之间的相互作用。 因此，电极材料，特别是电极材料的表面积，电导率，催化活性和稳定性很大程度上决定了电催化性能。电解水是一种从水中产生氢的途径。 之所以电解水是一种可持续且高度可行的制氢方式，是因为该方式不需要使用化石燃料，而且产生的物品对环境友好并且没有污染。电解水的方式是能量转换过程，因为它产生在电解槽中产生的直流电以产生氧和氢，以及通过产生氧和氢产生氢的方法。 随着清洁能源发电技术的发展，电解水成本也相应降低。使电解水制氢最具发展潜力的生产氢的方法，并在国内外接受高度重视。
但到目前为止，最大的问题是高昂的电费。所有电力消耗在电解水制氢,氢进化(ehrs)和氧(OER)过电压约占三分之一的电池电压,低碳钢和广泛应用于电镀镍阴极电能效率低下。因此，能够有效减少新阴极材料的阴极氢过电压产生的发展已成为国家实验室的热门话题。 镍合金电极由于其制备方法简单，成本低，电化学性能优异，耐腐蚀等特点而受到广泛关注。
本论文通过在制备Ni3S2材料的参入不同量的石墨烯，希望利用实验室Ni3S2材料合成的成熟工艺和相应的实验设备，采用微波法制备出Ni3S2/rGO复合材料材料，并且探究材料在电解水中的参数对比。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2课题研究意义 2
1.3国内外研究现状 3
1.4电解水研究现状 3
1.5主要研究内容及技术路线 5
1.5.1主要研究内容 5
1.5.2技术路线 5
第二章 实验过程及方法 6
2.1实验试剂及实验设备 6
2.1.1实验试剂 6
2.1.2实验设备 6
2.2微波法制备Ni3S2/rGO复合材料 6
2.2.1实验前准备工作 6
2.2.2实验原理 7
第三章 加入石墨烯对Ni3S2的影响 10
3.1加入石墨烯的Ni3S2的XRD表征 10
3.2加入石墨烯的Ni3S2的SEM表征 10
第四章 不同GO含量的Ni3S2/rGO复合材料对电解水的影响 12
第五章 结论及展望 14
参考文献 15
致谢 17
第一章 绪论
1.1课题研究背景
化石能源是由古代有机物沉积而成的一种一次性的能源，不完全燃烧会释放出有毒气体。然而，它一直是人类最重要和不可缺少的能源，现在，人类正面临着化石能源消耗的挑战。由于能源需求的日益增长，能源危机和环境污染是世界各国研究人员迫切需要解决的主要问题，从而达到人类可持续发展的愿望，“清洁、低碳、安全、高效”的能源变革已然是大势所趋。超级电容器 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
、锂电池、燃料电池等储能设备得到了广泛的研究。此外，对便携式和可穿戴设备的需求不断增长，这也加快了存储能量和替代由长电缆连接的外部电源的设备的发展。在目前存在的所有能量存储设备，超级电容器(SCS)已被证明是用于储存能量的最有前途的设备之一。虽然他们具有高功率密度，高效率，循环寿命长等优点，进一步应用之前的优势，就必须增加能量密度到一定程度。
自2004年发现以来，石墨烯已迅速成为研究热点。 石墨烯是由sp2杂化碳原子组成的六边形蜂窝状二维晶体结构。 每个碳原子具有三个非常强的键。石墨烯具有优异的物理和化学性质，例如高比表面积，高机械强度，高导电性和优异的电子性能。 有许多合成石墨烯的方法，例如化学气相沉积，直接液体提取等。近年来，已广泛使用诸如化学气相沉积和石墨烯的直接液相萃取的合成方法。石墨烯材料更适合能源设备，因为他有效的制备方法，丰富的前体和独特的性能。在HER催化剂的设计过程中，石墨烯通常用作导电基质以改善活性材料的导电性。
镍合金电极的研究历史悠久。早在1960年代,海德鲁获得的专利NiSs合金作为阴极电解释氢反应，然而，氢释放的阴极反应的发展实际上始于20世纪80年代， 它是具有优异性能的各种合金材料的开发，如Raney Ni，NiMo，NiMoFe，NiS等。
在过去的三十年中，镍合金电极的发展有两个主要的发展。 一种是增加电极的实际表面积，即增加电极的表面粗糙度，从而通过降低电解过程中电极表面的实际电流密度来降低氢过电压。 镍是这些电极的典型代表，但是电极具有致命的弱点并且对逆电流氧化的抵抗力较小。 在长期中断的情况下，电极的催化组分溶解并沉淀，大大降低了电极活性。因此，研究人员致力于研究通过在合金层上喷涂一层吸氢合金膜以吸附大量氢来解决该问题。 另一个发展方向是增加电极本身的电化学活性。
氢气是一种清洁的二次能源载体，可以容易地转换成电能和热能，具有高转换效率和多个源。利用可再生能源实现氢的大规模生产，通过氢的桥接作用，可以为燃料电池提供氢源，也可以提供绿色液体燃料，这使得实现从化石能源到可再生能源的平稳过渡成为可能。促进可持续的氢经济。通过将传统的化石燃料与可再生能源联系起来，氢可以继续“氢经济”并呈现或“在化石能源时代之后”能源系统。 因此，未来能源转换的重要部分之一是使用氢作为的清洁能源。
氢燃料电池可广泛用于汽车，飞机，火车和固定发电厂等车辆，因为具有高能量转换，低噪音和零排放的优点。之所以政府和企业在研发和商业应用方面增加了投资，是因为燃料电池用于载人太空行走，潜艇和分散的发电厂，从而受到了他们更多的关注。未来，当燃煤发电比例相对较低时，如风能和光伏发电规模将增加，整个上游电力结构将成为可再生能源。在这种结构下，新电动汽车，特别是纯电动汽车和基于电解水的燃料电池汽车的排放强度将大大降低。因此，发展氢能和氢燃料电池具有重大的战略意义。
1.2课题研究意义
氢被认为是最清洁的可再生燃料，有望取代化石燃料。因此，新能源氢的发展已成为当务之急。氢的来源非常广阔，目前，存在用于在工业生产氢三种主要方法：甲烷重整，煤的气化和水的电解。在这些技术中，水分解成氢是目前最有效的最方便的方法。由于丰富的电力资源，例如太阳能，风能和潮汐能的，电能效率高达7080％，这是难以集成到电网。电催化是一种加速电极与电解质之间电荷转移的催化剂。非均相电催化反应通常涉及反应物，中间体和产物之间的相互作用。 因此，电极材料，特别是电极材料的表面积，电导率，催化活性和稳定性很大程度上决定了电催化性能。电解水是一种从水中产生氢的途径。 之所以电解水是一种可持续且高度可行的制氢方式，是因为该方式不需要使用化石燃料，而且产生的物品对环境友好并且没有污染。电解水的方式是能量转换过程，因为它产生在电解槽中产生的直流电以产生氧和氢，以及通过产生氧和氢产生氢的方法。 随着清洁能源发电技术的发展，电解水成本也相应降低。使电解水制氢最具发展潜力的生产氢的方法，并在国内外接受高度重视。
但到目前为止，最大的问题是高昂的电费。所有电力消耗在电解水制氢,氢进化(ehrs)和氧(OER)过电压约占三分之一的电池电压,低碳钢和广泛应用于电镀镍阴极电能效率低下。因此，能够有效减少新阴极材料的阴极氢过电压产生的发展已成为国家实验室的热门话题。 镍合金电极由于其制备方法简单，成本低，电化学性能优异，耐腐蚀等特点而受到广泛关注。
本论文通过在制备Ni3S2材料的参入不同量的石墨烯，希望利用实验室Ni3S2材料合成的成熟工艺和相应的实验设备，采用微波法制备出Ni3S2/rGO复合材料材料，并且探究材料在电解水中的参数对比。
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