Co促助1T/2H多型二硫化钼复合结构的功能化设计及其析氢性能研究

批准号:
51572301
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
王德志
依托单位:
学科分类:
E0210.无机非金属类生物材料
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
段柏华、吴壮志、孙翱魁、唐超云、周盼、张德尊、张祥勇
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中文摘要
二硫化钼作为贵金属电化学析氢催化剂铂的替代材料之一,具有资源和成本优势,如何获得高性能二硫化钼析氢催化剂,是实现低成本高效制氢的关键。本项目基于活性位数量、质量及电子传输效率协同调控的设计思路,从结构功能化设计的角度出发,通过引入具有较高活性和良好电子传输效率的单分子层1T-MoS2纳米片结构作为载体,实现高活性密度Co促助2H-MoS2纳米片与1T-MoS2纳米片的定向组装,构筑Co促助1T/2H多型复合结构,解决高活性密度与良好电子传输效率之间的矛盾性、复合结构与析氢性能之间的相关性等关键科学问题,提高综合析氢性能。同时,基于复合结构与析氢性能之间的构效关系和第一性原理计算,揭示其析氢机制和性能优化机理,为开发高效电化学析氢催化剂提高理论依据。本项目的顺利开展,有助于促进制氢技术的快速发展和高效析氢催化剂的开发,推动氢能源的低成本制造和规模化应用,具有重要的理论和实践意义。
英文摘要
As one of the candidates to replace the noble-metal electrocatalyst of Pt for the hydrogen evolution reaction, molybdenum disulfide shows the advantages of low cost and abundant reserves. And how to obtain high-performance molybdenum disulfide hydrogen evolution catalysts is the key to realize the low-cost and highly effective hydrogen evolution. Considering the effective coordinated regulation among the amount and quality of active sites and the electronic transmission efficiency and adopting highly active and conductive monolayer 1T-MoS2 nanoflakes as supports, a novel Co promoted 1T/2H complex structure will be functionally designed and constructed in this project, in which 2H-MoS2 nanosheets with high active site density will be assembled directionally with monolayer 1T-MoS2 nanoflakes. And then, the contradiction can be eliminated between the high active site density and the excellent electronic transmission efficiency, and the relationship between complex structures and hydrogen evolution functions can also be clarified, resulting in a great improvement of the final hydrogen evolution performance. Moreover, the mechanism of hydrogen evolution reaction and performance optimization will also be discovered according to the first principle calculations and the relationship between complex structures and hydrogen evolution functions, providing the theory evidence for the development of highly efficient hydrogen evolution electrocatalysts. Consequently, this project is of great theoretical and practical significance in promoting the fast development of the hydrogen evolution technique and the exploration of highly efficient hydrogen evolution catalyst, and further motivating the low-cost production and large-scale application of hydrogen energy.
二硫化钼作为贵金属电化学析氢催化剂铂的替代材料之一,具有资源和成本优势,如何获得高性能二硫化钼析氢催化剂,是实现低成本高效制氢的关键。本项目基于活性位数量、质量及电子转移效率协同调控的设计思路,从结构功能化设计的角度出发,构筑Co促助的1T/2H多型二硫化钼复合结构,实现活性位的数量、质量及电子传输效率之间的有效协同调控,从整体上提高析氢性能。主要研究了反应温度、客体分子或离子以及Co助剂对二硫化钼物相成分和最终析氢性能的影响,分析了二硫化钼的相变机制及多相共存的协同机理。研究结果表明:客体分子或离子可以插入二硫化钼层状结构之间,引起层间膨胀和晶格畸变,形成1T相;随着反应温度的升高,一方面,客体插入所获的驱动力越大;另一方面,温度越高,所制备MoS2结晶度越高,客体插入阻力则越大。二者之间存在一个相对矛盾,在反应温度为200度时获得平衡,在此温度下,客体插入程度最高,所获1T-MoS2相对含量最高,为61.5 %。1T相含量越高,复合催化剂的析氢性能越好,主要归因于1T相不仅为金属性,可以极大提高电子传输效率,而且其基础面也具有析氢活性,可以提供额外析氢活性位。因此,在200度制备的多型二硫化钼具有最佳析氢性能,电流密度达到-10 mA cm-2时,所需过电位为-234 mV,而Tafel斜率仅为46 mV dec-1。助剂钴的加入能够促进二硫化钼中1T相的生成并使之稳定,从而改善电子传输效率并增加活性位点数量;此外,单个活性位点的本征催化活性也得到提高,进而提升整体的析氢性能。本项目的顺利开展,为开发高效电化学析氢催化剂提供了理论依据和技术原型,有助于促进制氢技术的快速发展和高效析氢催化剂的开发,推动氢能源的低成本制造和规模化应用,具有重要的理论和实践意义。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Amorphous phosphorus-doped MoS2 catalyst for efficient hydrogen evolution reaction
用于高效析氢反应的非晶态磷掺杂MoS2催化剂
DOI:10.1088/1361-6528/aafff2
发表时间:2019-03
期刊:Nanotechnology
影响因子:3.5
作者:Dezhi Wang;Yingying Xie;Zhuangzhi Wu
通讯作者:Zhuangzhi Wu
Oxygen-incorporated defect-rich MoP for highly efficient hydrogen production in both acidic and alkaline media
掺氧富缺陷MoP可在酸性和碱性介质中高效产氢
DOI:10.1016/j.electacta.2018.05.176
发表时间:2018-08
期刊:Electrochimica Acta
影响因子:6.6
作者:Xiangyong Zhang;Zhuangzhi Wu;Dezhi Wang
通讯作者:Dezhi Wang
Facile synthesis of MoP/MoO2 heterostructures for efficient hydrogen generation
轻松合成MoP/MoO2异质结构以高效产氢
DOI:10.1016/j.matlet.2019.01.095
发表时间:2019-04
期刊:Materials Letters
影响因子:3
作者:Dezhi Wang;Qiongfeng Duan;Zhuangzhi Wu
通讯作者:Zhuangzhi Wu
Swollen Ammoniated MoS2 with 1T/2H Hybrid Phases for High -Rate Electrochemical Energy Storage
用于高速电化学储能的 1T/2H 混合相溶胀氨化 MoS2
DOI:10.1021/acssuschemeng.6b02863
发表时间:2017-03-01
期刊:ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY & ENGINEERING
影响因子:8.4
作者:Wang, Dezhi;Xiao, Yuanyuan;Fang, Baizeng
通讯作者:Fang, Baizeng
N, P (S) Co-doped Mo2C/C hybrid electrocatalysts for improved hydrogen generation
N、P(S)共掺杂Mo2C/C混合电催化剂可改善氢气产生
DOI:10.1016/j.carbon.2018.07.043
发表时间:2018-11-01
期刊:CARBON
影响因子:10.9
作者:Wang, Dezhi;Liu, Tianying;Wu, Zhuangzhi
通讯作者:Wu, Zhuangzhi
La2O3/MoSi2复合纳米微粒强韧化烧结钼的界面反应及微结构研究
- 批准号:50301017
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:27.0万元
- 批准年份:2003
- 负责人:王德志
- 依托单位:
国内基金
海外基金
