基于氧等离子体处理WS2的微纳器件组装与电催化性能研究任务书

 2021-09-24 12:48:26

1. 毕业设计(论文)主要内容:

氢能是一种清洁、可再生的绿色能源,其具有资源丰富、燃烧热值高等优点,在很多领域都有广泛的应用。随着对化石燃料需求的持续增长、全球环境的不断恶化,寻找可持续的、能够为社会和经济带来正面效益的能源结构迫在眉睫。被称为是21世纪最清洁的能源,氢能的发展与氢能的制备、储存及运输密切相关。在氢的制备方面,电解水制氢是目前工业化大规模生产氢气最主要的方法,但其存在能耗高、成本贵等缺点。因此,寻找高效、廉价的催化析氢催化剂具有重要意义。

传统金属如铂、钯等是高效的电解水制氢催化剂,但由于其价格昂贵且不易回收,不利于工业化大规模应用。因此,发展高效非贵金属电催化剂是使电解水制氢更加高效、经济化的重要课题之一。近年来,大量实验研究表明过渡金属硫族化合物(TMDs)是潜在的优秀电催化剂。其中,二硫化钼(MoS2)作为最典型的材料,具有较高的反应活性。但其也存在电子电导率和反应活性位点密度较低等问题。目前,增强TMDs电子传输能力、增加催化剂反应活性位点以及优化电极表面氢吸附的吉布斯自由能(ΔGH)是优化TMDs电催化性的主要方法。

本课题基于TMDs材料在催化方面良好的发展前景,针对其存在的活性位点数量稀少和电导率低等问题,拟通过等离子体表面刻蚀实现对于TMDs典型材料WS2的电催化活性调控,研究稳定性与缺位浓度以及反应动力学之间的关系,并且探索其在酸性介质中的反应机制和对催化性能改善的本质原因。

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2. 毕业设计(论文)主要任务及要求

1.查阅不少于15篇的参考文献(其中近5年英文文献不少于3篇),了解国内外相关研究概况和发展趋势,了解选题对社会、健康、安全、成本以及环境等的影响,完成开题报告;

2.完成不少于5000字的英文文献翻译;

3.掌握电极材料的结构,微观形貌,与电催化性能的表征方法;

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3. 毕业设计(论文)完成任务的计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-6周:按照设计方案,制备WS2纳米片材料,并构筑单纳米片电化学器件。

第7-11周:采用XRD、SEM、Raman Spectrum、CV、EIS、IV等测试技术对氧等离子体刻蚀前后材料的物相、显微结构、电化学性能进行测试。

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4. 主要参考文献

[1] Voiry D, Fullon R, Yang J, et al. The role of electronic coupling between substrate and 2D MoS2nanosheets in electrocatalytic production of hydrogen[J]. Nature Materials, 2016, 15(9): 1003-1009.

[2]Cheng L, Huang W, Gong Q, et al. Ultrathin WS2nanoflakes as a high‐performance electrocatalyst for the hydrogen evolution reaction[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2014, 53(30): 7860-7863.

[3]Ye G, Gong Y, Lin J, et al. Defects engineered monolayer MoS2for improved hydrogen evolution reaction[J]. Nano letters, 2016, 16(2): 1097-1103.

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