mos2rgo复合材料制备及电化学研究【字数：12430】
摘 要本论文结合了二硫化钼、氧化石墨烯的结构与电化学性质，利用水热法制得MoS2/rGO复合材料。这种方法以钼酸铵为钼源、以硫脲为硫源，在渗碳处理过的镀镍硅微通道板上生长二硫化钼。最终制得材料的微观形貌呈现呈纳米球状，催化位点丰富。其等效串联电阻Re约为3.05 ohm，电化学反应的传核电阻Rct约为0.6 ohm；自腐蚀电位约为-0.21 V ，自腐蚀电流是1x10-5.24 A。将MoS2/rGO复合材料作为电催化析氢的阴极材料，制氢反应的催化效能得到了很大的提升,使得该复合材料成为贵金属铂的理想替代品。所以，MoS2/rGO复合材料在电化学领域必将拥有广阔的应用前景。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2电催化析氢 1
1.2.1水的电解 1
1.2.2碱性溶液电解水现状 2
1.2.3电催化析氢机理 2
1.2.4电催化析氢反应的性能参数 3
1.3二硫化钼材料 4
1.3.1 二硫化钼的结构 4
1.3.2 二硫化钼的制备 4
1.3.3二硫化钼的性质 5
1.4石墨烯材料 7
1.4.1 石墨烯材料的结构 7
1.4.2 石墨烯材料的制备 7
1.4.3 石墨烯材料的性质 8
第二章 MoS2/rGO复合材料制备及电催化实验 10
2.1实验药品及试剂 10
2.2实验仪器及设备 10
2.3实验步骤 10
2.4分析与表征 11
第三章 结果与讨论 12
3.1 形貌分析 12
3.1.1 SEM表征 12
3.1.2 XRD表征 12
3.2 电化学性能分析 13
3.2.1循环伏安法 13
3.2.2 电化学阻抗谱 14
3.2.3 电催化析氢、析氧反应 15
3.2.4 塔菲尔曲线 16
3.2.5 恒电流充放电 16
3.2.6 ZV曲线 17
第四章 总结与展望 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
9
参考文献 20
致谢 22
第一章 绪论
1.1 引言
随着科技的不断发展，人们对于能源的需求量势必是逐年递增的，能源在国家、人民生活中的地位也愈来愈高。没有能源的国家是无法发展的国家，没有能源的社会是停滞不前的社会，没有能源的生活是贫苦落后的生活。
传统化石能源不可再生、对环境污染大且储量即将消耗完毕，我们现在急需可作为替代的清洁新能源。常见的清洁能源有：太阳能、风能、生物质能、核能等等。氢能作为一种无碳的清洁能源，具有能量密度高、无环境污染等优点，是未来能源开发的理想方向。但可利用的氢气并不是自然存在的，而是需要人工制备、提纯的。
目前全球的制氢工业已经小有规模，采用的方法大多是应用煤炭地下气化制氢，这也是我国主要的人工制氢方式。但这种方法在过程中需要燃烧化石燃料，释放有害气体，造成一系列的环境问题，这与清洁能源的初衷相悖。相比之下可再生能源制氢就是个更好的选择。水是地球上最丰富的“氢源”，裂解反应过程中几乎无污染物质产生，水裂解是理想的制氢手段。而电催化析氢是目前较为成熟的制氢技术，具有效率高、成本低、污染小等优势，受到科学家的青睐与重视。水裂解制氢适合推广且具有广大的市场，是未来氢能利用的可行方向。
1.2电催化析氢
1.2.1水的电解
众所周知，氢气是易燃易爆气体，燃烧氢气会生成水并释放热量，在燃料电池中氢气会产生电能与热能。而水的电解就正好是将这个反应逆转，因为氢气是自发燃烧的，所以水的分解就需要外界提供一定的能量才能完成。把阴极和阳极插入酸性或者碱性电解质溶液中，并在两电极之间施加一定的电位差，电解水反应就开始进行，阴极产生氢气，阳极相应地产生氧气。
计算理论分解电压：
C=
????×????
?????
H
2
O
l
→
H
2
g
+
1
202
(g)
(11)
?G=?H+T?S
(12)
?G=nFE
(13)
在标准状态下（298.15 K，1 atm），?G的值为237.1 kJ/mol, ?H的值为285.8 kJ/mol, T?S的值为48.7 kJ/mol,反应中转移的电子数n为2，法拉第常数F=96485 C/mol,则理论上的分解电压是
E
0
=1.229 V。
但是在实际操作过程中，由于存在两极的过电势η和电解池的回路电阻R，在反应时需要在两个电极上施加超出理论分解电压的电位差：
E=
E
0
+
η
阴
+
η
阳
+IR
(14)
η
阴
和
η
阳
表示阴阳两极的过电势，IR表示回路中的总电阻和欧姆损失。所以我们正在研究更小过电势的电催化电极。
1.2.2碱性溶液电解水现状
上文提到的电催化分解水可以在酸性或者碱性电解液中进行，从而减少欧姆损失、提高导电率，但是因为酸性电解液对于电解槽的腐蚀更加明显，导致成本增加，所以工业中一般会采用碱性的电解槽。整个系统包括阴、阳2个极板，电解液，电解槽，分隔膜。实验室一般使用高浓度的氢氧化钾溶液作为电解液，用石棉作为两极之间的多孔介质隔膜，以防止氢气和氧气的混合。碱性电解槽技术经过多年的改进已经相当成熟了，操作难度降低且成本也减少了。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2电催化析氢 1
1.2.1水的电解 1
1.2.2碱性溶液电解水现状 2
1.2.3电催化析氢机理 2
1.2.4电催化析氢反应的性能参数 3
1.3二硫化钼材料 4
1.3.1 二硫化钼的结构 4
1.3.2 二硫化钼的制备 4
1.3.3二硫化钼的性质 5
1.4石墨烯材料 7
1.4.1 石墨烯材料的结构 7
1.4.2 石墨烯材料的制备 7
1.4.3 石墨烯材料的性质 8
第二章 MoS2/rGO复合材料制备及电催化实验 10
2.1实验药品及试剂 10
2.2实验仪器及设备 10
2.3实验步骤 10
2.4分析与表征 11
第三章 结果与讨论 12
3.1 形貌分析 12
3.1.1 SEM表征 12
3.1.2 XRD表征 12
3.2 电化学性能分析 13
3.2.1循环伏安法 13
3.2.2 电化学阻抗谱 14
3.2.3 电催化析氢、析氧反应 15
3.2.4 塔菲尔曲线 16
3.2.5 恒电流充放电 16
3.2.6 ZV曲线 17
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参考文献 20
致谢 22
第一章 绪论
1.1 引言
随着科技的不断发展，人们对于能源的需求量势必是逐年递增的，能源在国家、人民生活中的地位也愈来愈高。没有能源的国家是无法发展的国家，没有能源的社会是停滞不前的社会，没有能源的生活是贫苦落后的生活。
传统化石能源不可再生、对环境污染大且储量即将消耗完毕，我们现在急需可作为替代的清洁新能源。常见的清洁能源有：太阳能、风能、生物质能、核能等等。氢能作为一种无碳的清洁能源，具有能量密度高、无环境污染等优点，是未来能源开发的理想方向。但可利用的氢气并不是自然存在的，而是需要人工制备、提纯的。
目前全球的制氢工业已经小有规模，采用的方法大多是应用煤炭地下气化制氢，这也是我国主要的人工制氢方式。但这种方法在过程中需要燃烧化石燃料，释放有害气体，造成一系列的环境问题，这与清洁能源的初衷相悖。相比之下可再生能源制氢就是个更好的选择。水是地球上最丰富的“氢源”，裂解反应过程中几乎无污染物质产生，水裂解是理想的制氢手段。而电催化析氢是目前较为成熟的制氢技术，具有效率高、成本低、污染小等优势，受到科学家的青睐与重视。水裂解制氢适合推广且具有广大的市场，是未来氢能利用的可行方向。
1.2电催化析氢
1.2.1水的电解
众所周知，氢气是易燃易爆气体，燃烧氢气会生成水并释放热量，在燃料电池中氢气会产生电能与热能。而水的电解就正好是将这个反应逆转，因为氢气是自发燃烧的，所以水的分解就需要外界提供一定的能量才能完成。把阴极和阳极插入酸性或者碱性电解质溶液中，并在两电极之间施加一定的电位差，电解水反应就开始进行，阴极产生氢气，阳极相应地产生氧气。
计算理论分解电压：
C=
????×????
?????
H
2
O
l
→
H
2
g
+
1
202
(g)
(11)
?G=?H+T?S
(12)
?G=nFE
(13)
在标准状态下（298.15 K，1 atm），?G的值为237.1 kJ/mol, ?H的值为285.8 kJ/mol, T?S的值为48.7 kJ/mol,反应中转移的电子数n为2，法拉第常数F=96485 C/mol,则理论上的分解电压是
E
0
=1.229 V。
但是在实际操作过程中，由于存在两极的过电势η和电解池的回路电阻R，在反应时需要在两个电极上施加超出理论分解电压的电位差：
E=
E
0
+
η
阴
+
η
阳
+IR
(14)
η
阴
和
η
阳
表示阴阳两极的过电势，IR表示回路中的总电阻和欧姆损失。所以我们正在研究更小过电势的电催化电极。
1.2.2碱性溶液电解水现状
上文提到的电催化分解水可以在酸性或者碱性电解液中进行，从而减少欧姆损失、提高导电率，但是因为酸性电解液对于电解槽的腐蚀更加明显，导致成本增加，所以工业中一般会采用碱性的电解槽。整个系统包括阴、阳2个极板，电解液，电解槽，分隔膜。实验室一般使用高浓度的氢氧化钾溶液作为电解液，用石棉作为两极之间的多孔介质隔膜，以防止氢气和氧气的混合。碱性电解槽技术经过多年的改进已经相当成熟了，操作难度降低且成本也减少了。
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