论文部分内容阅读
近几十年来,随着能源需求的快速增长和化石燃料储量的日益衰竭,寻找环境友好型能量转换装置和开发高效清洁能源成为了科研工作者的当务之急。多金属氧酸盐（多酸）是一类由丰产元素和环境友好型金属组成的分子金属-氧簇,其独特的结构特征和优异的电化学性能引起了人们的广泛关注。一方面,由于其出色的氧化还原特性,以及在不改变结构的情况下能够快速且可逆地接受或提供大量电子的能力,因此多酸在电化学储能中具有不可估量的应用价值。另一方面,多酸可以将具有催化特性的金属元素和非金属元素组装到一个纳米簇里,还能够分散到各种碳源中。其高温碳化后生成的过渡金属碳化物尺寸形貌相似、分布均匀且不易聚集,具有较高的催化活性,因此多酸基材料在电催化产氢方面有着广泛的应用前景。本论文的主要研究内容如下:（1）我们通过化学还原法首次制备了{Mo132}和还原氧化石墨烯（rGO）的纳米复合材料,并将其作为电极活性材料应用到超级电容器中。当电流密度为5 A/g时,{Mo132}-rGO纳米复合材料电极的比电容可以达到617.3 F/g。{Mo132}-rGO纳米复合材料表现出如此优异的电化学储能性质,主要是因为{Mo132}具有中空多孔的结构和较大的电负性,以及rGO框架具有良好的导电性。我们以{Mo132}-rGO纳米复合材料为负极,以改性活性炭（mAC）为正极,构成了电压为2.1 V的不对称超级电容器。mAC//{Mo132}-rGO不对称超级电容器的能量密度为31.6 Wh/kg,功率密度为207.7 W/kg,并且具有较好的循环稳定性。该策略提供了一种利用Keplerate型多酸来设计高能量密度超级电容器的新方法。（2）我们通过调整{Mo132}和双氰胺的比例再进行高温煅烧,合成了N掺杂Mo2C@C-1,Mo2C@C-2,Mo2C@C-3和Mo2C@C-4纳米复合材料。碳化后的纳米粒子具有相似的尺寸和形貌,且均匀分布在了石墨碳层上,有效解决了Mo2C纳米粒子易于交叉生长和团聚的问题。与此同时,石墨碳层作为支撑骨架,大大提高了该复合物的导电性。其中,Mo2C@C-2纳米复合材料表现出了最佳的HER电催化性能,在电流密度为10 mA/cm2时,析氢过电势为147 mV（vs.RHE）,且Tafel斜率为58.9 mV/dec。该策略提供了一种利用Keplerate型多酸来设计绿色无污染的高效HER电催化剂的新方法。