少层数多活性位边缘MoS2与石墨烯(包括氮-掺杂石墨烯)复合纳米材料制备及其作为高效低成本制氢催化剂的应用

基本信息
批准号:21473156
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:陈卫祥
学科分类:
依托单位:浙江大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:叶剑波,李赫,杨洋,熊贤强,陈倩男,吴小文,潘微
关键词:
石墨烯制氢少层数二硫化钼电催化异质层状复合材料
结项摘要

More active-edge and few-layer molybdenum disulide/graphene nanosheet(FL-MoS2/GNS,including N-doped GNS)nanocomposites are designed and synthesized by the room temperature inoic liquid assisted methods.The microstructures of these nanocomposites will be extensively characterized and correlated with their electrocatalytic performances for hydrogen evolution reaction (HER). The effects of synthesis methods and conditions as well as different room temperature inoic liquids on the microstructure development and electrocatalytic performance for HER of the more active-edge FL-MoS2/GNS (N-doped GNS) nanocomposites will be determined. Specially, the effects of the interactions between the FL-MoS2 and graphene nanosheets on their electrocatalytic performances will be investigated in order to more understand the mechanism of the significant improvement in their HER catalytic performances. The electrochemicl process and dynamics of HER on the more active-edge FL-MoS2/GNS (N-doped GNS)heter-layered nanocomposites will be examined by a number of electrochemical techniques. After modification and optimization of the synthesis routes and conditions, the more active-edge FL-MoS2/GNS (N-doped GNS)nanocomposites with excellent electrocatalytic performances for HER will be prepared. This project aims to develop a kind of high effective and low-cost electrocatalysts and photocatalysts for hydrogen production in form of the more active-edge FL-MoS2/graphene (N-doped GNS) heterstructures. Thus, this project will provide a novel strategy for the research and development of the high performance and low-cost electrocatalyts for hydrogen production. This project is of important interest and holds high potential for the utilization of the new/renewable energy based on hydrogen, environmental protection and the development of low-carbon economy.

用离子液体协助的方法制备少层数多活性位边缘MoS2与石墨烯(包括N-掺杂石墨烯)纳米复合材料,研究不同的制备途径及其条件、以及离子液体等对所制备纳米复合材料的微观结构及其对析氢反应电催化性能性能的影响,重点研究和分析少层数多边缘MoS2与石墨烯(N-掺杂石墨烯)之间的相互作用对其析氢反应电催化性能的影响,更好地理解其催化性能增强的机理。研究这种新型异质结构纳米复合材料的电催化析氢反应电极过程及其动力学性能。通过对制备途径和条件的改进和优化,使所制备的复合纳米材料对析氢反应具有优异的电催化性能,为高效低成本的析氢反应电催化剂的研发提供一种新的思路,并为其在高效低成本的制氢技术中的应用奠定扎实的理论和实验基础。本项目的研究对于我国以氢能为载体的新能源和可再生能源的利用、环境保护和低碳经济的发展具有重要意义和明确的应用前景。

项目摘要

氢作为一种清洁能源载体具有广泛的应用,对环境保护和新能源汽车发展具有极其重要的意义。电催化分解水产氢是制氢的一条重要途径。尽管铂基贵金属对析氢反应(HER)具有非常好的电催化性能,但是其昂贵的价格和资源的稀缺性限制了其在规模化制氢中的应用。MoS2纳米材料对HER具有良好的催化活性,但是其低的电导率和有限的活性位导致了其电催化性能较差。项目通过离子液体或水溶性超分子协助的水热反应途径,制备了少层数多活性位边缘的MoS2/石墨烯,MoS2/N-掺杂石墨烯以及单层多活性位MoS2/N-掺杂石墨烯的复合材料;通过一步水热反应制备了少层数多活性位边缘的Co-掺杂MoS2/石墨烯或MoS2/B-掺杂石墨烯的复合材料。讨论并阐明了离子液体、超分子、Co-掺杂、N-掺杂或B-掺杂对复合材料的形貌和微观结构的影响,分析并解释了复合材料的微观结构对HER电催化性能的影响及其相应机制,合理解释了复合材料电极上HER的电极过程。结果表明,发现所制备的复合材料中MoS2具有少层数或单层的结构,并显示了较多的催化活性边缘位或催化活性位点。与水热合成的MoS2相比,这些复合材料显示更高的HER催化活性,并具有稳定的催化性能和较低的Tafel斜率(44.6-52 mV/dec),其较低的Tafel效率说明HER是的HER是通过一个较快的Volmer过程和一个速度控制步骤的Heyrovsky过程进行的。另外,少层数MoS2与N-掺杂石墨烯(或B-掺杂石墨烯)形成的复合材料显示了进一步增强的HER催化性能。.通过对不同制备方法和条件的改进和优化,合理调控了所制备复合纳米材料的微观结构,制备得到复合材料对HER具有优异的电催化性能,在规模化制氢中具有广泛的应用前景。项目的研究结果为高效低成本HER电催化剂的制备及其在规模化制氢技术中应用奠定了扎实的理论和实验基础,发表SCI-论文5篇,会议论文1篇,授权国家发明专利5件。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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