非晶态MoS_x薄膜的电化学制备及其电催化析氢性能研究.pdf

中文摘要 摘 要 在全球能源及环境两大危机面前，开发可再生清洁能源技术已变得刻不容缓。 氢能是一种非常重要的清洁能源，它拥有较高的能量密度，同时在燃烧以及释放 能量的过程中，只产生无污染的水。由于氢气不是自然存在的能源，因此开发高 效制氢技术是该领域研究的重点。相比于蒸汽甲烷重整、煤的气化这种依赖化石 燃料且会产生环境污染的工业制氢技术，电解水制氢是一种很有前景的绿色环保 技术。根据近年来对于析氢电催化剂的大量研究发现，铂是目前最好的析氢电催 化剂，但是，铂是一种贵金属，稀有且成本高昂，因而限制了其广泛应用。所以， 开发非贵金属催化剂便具有了重要的研究意义。 MoS2 是一种很有前景的电催化析氢材料，常用的制备方法对实验条件比较苛 刻，一般需要高温，且反应时间较长，通常还会涉及有毒试剂的使用，而电化学 沉积是一种简便可行的材料制备方法。基于此，本文采用循环伏安和恒电位这两 种电化学沉积方法制备硫化钼材料，并对材料的形貌、晶体结构、元素成分及电 催化析氢性能等进行了表征和测试。主要工作和结论如下： ①采用循环伏安电化学沉积方法，以碳布或钛片为基底，在三电极体系中沉 积硫化钼薄膜。通过使用线性扫描伏安曲线比较不同电沉积参数（电位范围、扫 描速度、时间、氯化钾浓度）对薄膜电催化析氢性能的影响，确定了最佳的电沉 积参数为：电解质溶液为含有0.1 M KCl 的2 mM (NH ) MoS 水溶液，电位范围 4 2 4 为0.4 ~ -1.3 V ，沉积圈数为30 圈，扫描速度为20 mV/s 。利用XRD 、SEM 及XPS 等手段对在该最佳沉积条件下制得的样品进行表征，结果表明，所制得的薄膜表 面是均匀致密的，是由直径为50 ~ 100 nm 的纳米颗粒紧密堆积在一起形成的，在 钛片和碳布基底上的薄膜厚度分别约400 nm 和50 nm ，样品组成为非晶态MoS2 和 MoS 混合物薄膜，其中 MoS 的化学式可认为是 [Mo(IV)(S )2-S2-] 。在 0.5 M 3 3 2 H SO 溶液中进行线性扫描伏安、双电层电容及稳定性等电催化析氢性能测试，结 2 4 果表明，在钛片基底上制得的MoSx 薄膜在-10 mA cm-2 时的过电位为204 mV ，塔 菲尔斜率为44 mv/dec ，双电层电容为6 μF cm-2 ；在碳布基底上制得的MoSx 薄膜 在-10 mA cm-2 时的过电位为180 mV ，塔菲尔斜率为46 mv/dec ，双电层电容为8 μF cm-2 。通过循环伏安电化学沉积方法制得的MoSx 薄膜在酸性介质中具有良好的稳 定性。 ②通过恒电位电化学沉积方法，以四硫代钼酸铵水溶液为电解质溶液，碳布 或钛片为基底，在三电极体系中沉积硫化钼薄膜。通过使用线性扫描伏安曲线比 较不同电沉积参数（电位、时间）对薄膜电催化析氢性能的影响，确定了合适的 I 重庆大学硕士学位论文 电沉积参数：电解质溶液为含有0.1 M KCl 的2 mM (NH ) MoS 水溶液，电位为-1.4 4 2 4 V ，沉积时间为60 min 。利用XRD 、SEM 及XPS 等手段对在该合适沉积条件下制 得的样品进行表征，结果表明，所制得的薄膜表面是粗糙的，呈现明显的颗粒状， 且出现了裂纹，在钛片基底上沉积的厚度约300 nm ，在碳布基底上沉积的厚度约 200 nm ，样品组成为非晶态MoS 薄膜。在0.5 M H SO 溶液中进行线性扫描伏安、 2 2 4 双电层电容及稳定性等电催化析氢性能测试，结果表明，在钛片基底上制得的MoS2 薄膜在-10 mA cm-2 时的过电位为1