二硒化钼碳纳米纤维杂化材料的制备及其在电化学中的应用毕业论文

诚信书本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期： 年 月 日摘 要层状过渡金属硫化物具有独特的物理化学性质、光电性质和较强的载流子迁移率，而一些重要的催化反应如加氢脱硫、析氢反应、氧化还原反应等在这些层状材料的边缘部分具有更强的反应活性，因此这类层状材料在场效应晶体管、光电检测器、光伏电池、发光二极管、催化等方面具有广阔的应用前景。研究发现，在众多过渡金属硫属化物中，MoSe2有比较多的活性边缘，且其高性能析氢反应(HER)活性也较强。 静电纺丝法制备的纳米级纤维膜具有比表面积大、孔隙率高、吸附性能好等优点。本文先利用静电纺丝法制备出PAN纳米纤维膜，然后碳化成碳纳米纤维，之后用化学气相沉积法生成MoSe2同时将其负载到碳纳米纤维上，成功制备出MoSe2/碳纳米纤维杂化材料。利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及X射线光电子能谱（XPS）等对MoSe2/CNFs杂化材料进行表征。由SEM分析可以看出片状的MoSe2成功负载到了碳纳米纤维上。由TEM分析可以看出，负载到碳纳米纤维上的片状的MoSe2大多为三角形，尺寸大约为200 nm-250 nm。由XPS分析可以证实MoSe2负载到了碳纳米纤维上，说明成功制备出MoSe2/碳纳米纤维杂化材料。电化学测试结果表明MoSe2/碳纳米纤维杂化材料的析氢过电位为-116 mV，塔菲尔斜率为130 mV/decade，说明MoSe2/碳纳米纤维杂化材料具有一定的电化学活性，可以用于析氢反应。关键词：静电纺丝；化学气相沉积；MoSe2/CNFs杂化材料；电化学AbstractLayered transition metal sulfides have unique physical and chemical properties, optical properties and strong sulfur carrier mobility, and some important catalytic reactions such as hydrodesulfurization, hydrogen evolution reaction, oxidation red- uction reactions at the edge of these layered materials section having a stronger reactivity, and therefore such layered materials has broad application prospects in the field-effect transistors, photodetectors, photovoltaic cells, light-emitting diodes, and catalysis. The study found that in the lots of transition metal chalcogenides, MoSe2 has more active edges, and its high-performance hydrogen evolution reaction (HER) activity was strong.Nanofiber membrane prepared by electrostatic spinning method having a large surface area, porosity, good adsorption performance. This article first prepared by electrostatic spinning the PAN nanofiber membrane, and then carbonized into carbon nanofibers, after generating MoSe2 by chemical vapor deposition while being supported on the carbon nanofibers were successfully prepared MoSe2 / carbon nanofiber hybrid materials . Scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and so on MoSe2 / CNFs hybrid materials were characterized. As can be seen from the SEM analysis sheet MoSe2 successfully loaded onto the carbon nanofibers. As it can be seen from the TEM analysis, the load to the sheet of carbon nanofibers on MoSe2 mostly triangles, a size of about 200 nm-250 nm. XPS confirmed that the MoSe2 load to the carbon nanofibers, and the thesis successfully prepared MoSe2 / carbon nanofibers hybrid materials.The electrochemical test results show that the hydrogen evolution MoSe2 / carbon nanofibers hybrid material had the potential to -116 mV, the value Tafel slope of 130 mV / decade, described MoSe2 / carbon nanofiber hybrid material with good electrochemical activity, it can be used for hydrogen evolution reaction.Key Words: Electrostatic spinning；Chemical vapor deposition；MoSe2/CNFs composite；Electrochemical目 录摘 要Abstract第1章 绪论11.1引言11.2过渡金属硫属化物21.2.1 过渡金属硫属化物现状21.2.2 层状过渡金属硫属化物结构31.3静电纺丝技术41.3.1 静电纺丝技术简介41.3.2 静电纺丝原理与设备41.3.3 静电纺丝技术的影响因素51.3.4 静电纺丝技术的应用领域51.4碳纳米纤维61.4.1碳纳米纤维的优点61.5研究内容与目的6第2章 MoSe2/碳纳米纤维杂化材料的制备及表征72.1 引言72.2 实验药品与仪器82.2.1 实验药品82.2.2 实验仪器与设备82.3 实验部分82.3.1 碳纳米纤维的制备82.4 MoSe2/碳纳米纤维杂化材料的表征及结果分析102.4.1 MoSe2/碳纳米纤维的扫描电子显微镜 (SEM) 分析102.4.2 MoSe2/碳纳米纤维的透射电子显微镜 (TEM) 分析102.4.3 MoSe2/碳纳米纤维的X射线光电子能谱 (XPS) 分析112.5 本章小结12第3章 MoSe2/碳纳米纤维杂化材料的电化学测试133.1 引言133.2实验部分133.2.1 仪器与试剂133.2.2 MeSe2/CNFs的电化学测试143.3 结果分析与讨论143.4 本章小结15第4章 结论16参考文献17致 谢20第1章 绪论1.1引言随着我国经济与技术的飞速发展，传统能源的消耗不断加大，而我国又是一个能源相对匮乏的国家，因此，研发利用新的可替代能源的任务迫在眉睫。而氢是一种高效、清洁、耐用的能源载体，建设以氢为基础的能源系统能够为解决全球能源短缺和伴随的环境污染提供一种行之有效的解决方案。水分子分解的还原半反应中，氢可以以质子的形式还原形成氢气。而这一过程通常需要使用高性能析氢反应（HER）电催化剂。层状过渡金属硫属化物具有独特的物理化学性质、适度的载流子迁移率和光电性质，而一些重要的催化反应如加氢脱硫、析氢反应、氧化还原反应等在这些层状材料的边缘部分具有更强的反应活性，因此这些层状材料在场效应晶体管、光电检测器、光伏电池、发光二极管、催化反应等方面具有广阔的应用前景。碳纳米纤维（CNFs）是由多层石墨片卷曲而成的一种纤维状纳米碳材料。碳纳米纤维材料的直径一般大约为10 nm500 nm，长度大约为0.5 m100 m。碳纳米纤维是一种介于纳米碳管和普通碳纤维之间的准一维碳纳米材料，具有较高的结晶取向度、较好的导热性能和导电性能。利用化学气相沉积法生长的普通碳纤维具有很多优异性能，比如低密度、高比模量、高比强度、高导电、热稳定性等，而碳纳米纤维除了具有上述优点外还具有缺陷数量少、长径比大、比表面积大、结构致密等诸多优点。由此可见碳纳米纤维的确是一种具有潜力的高性能纤维，它不仅具有普通碳纳米纤维的固有特性，同时又具有高级纺织纤维材料柔软可加工性的性能，是目前新一代具有广泛应用前景的军民两用新材料，已大量应用于航空航天、纺织、器械等领域，此外在其他更加尖端领域的应用也在不断开发。1.2过渡金属硫属化物1.2.1 过渡金属硫属化物现状过渡金属二硫化物包括很多层状二维材料，这类材料在催化、蓄能、固体润滑、微电子学和光电学等领域有很多的应用。最近，由于这类层状材料从间接到直接帯隙半导体的转换，一些重要的研究集中于隔离过渡金属硫化物方面。那些薄的的原子纳米片可以用来制作新型电子、光电设备和化学传感器。虽然已有大量的关于合成单层和多层过渡金属硫化物的报道，但是，仍然没有关于过渡金属硒化物的合成方法和表征的相关报道。已经报道了几种薄膜和二硒化钼簇的合成方法，但是大多数对于此类单层化合物的研究都基于自上而下，用透明胶带机械的剥离分子层。结合纳米片和过渡金属二硫化物异质结的理论研究，可以产生具有特别的工程属性的有趣结构。为了使二硒化钼应用于电子器件和各种纳米结构，控制合成大型、单层和多层晶体是必要的。低维度的固体化合物有很多，而在众多低维固体化合物中，具有层状结构的过渡金属硫属化物一直以来受到很多科研人员的广泛关注。物理学方面特别注意研究具有这种层状结构的过渡金属硫属化物的电子能带结构、电子与声子之间的相互作用，以及由此而引起的晶格的不稳定性、公度和非公度的相变以及其它各种各样的物理性质。此外，令很多化学家更加感兴趣的是具有这种层状结构的过渡金属硫属化物的高度各向异性为研究可以控制的固态相变反应和催化过程提供了一种比较理想的的基质材料。事实上，很多科研人员已经对这种层状化合物在催化反应、有机或无机嵌入化合物和电化学过程等进行过大量的反复研究，开发出了以TiS2为代表的锂电池阴极材料和以MoSe2为代表的催化材料。关于这种层状结构的过渡金属硫化物在物理学、嵌入化学和催化反应等方面已经有很多相关的综述性文章1-3。1.2.2 层状过渡金属硫属化物结构过渡金属硫化物单分子层结构一般在垂直于平面的方向上有3个原子层，上下两层为硫原子，中间层是过渡金属元素。处于悬浮状态下的夹心单层的表面会吸附有溶剂分子或羟基，单分子层的尺寸一般大约为几十到几百纳米。单分子层结构的过渡金属硫的制备首先是以TaS2这种体系为模板成功实现的4。但目前为止只有Morrison等少数科学家制备出了MoS2单分子层结构的化合物5 ，并且在发现这种单分子层结构的化合物可以用于制备具有特殊的高性能催化剂之后，这种结构才真正开始引起其它化学家更加广泛的重视。层状结构的过渡金属硫化物除了在催化反应方面具有很大的应用前景之外，还可以利用这种结构制备出很多用常规方法难以制备出的无机物或有机物嵌入的杂化化合物，比如有机高分子的嵌入化合物的制备、层间交替的多元过渡金属层状化合物的制备等。从固体化学的角度来看，层状结构的过渡金属硫属化物的还可以用来设计和组装成新型的固体化合物材料和杂化材料的结构单元，经过特定的反应过程，得以组装成不同类型的分子结构。这种结构的化合物之所以引起科学家们的极大兴趣，一方面是因为它们的这种结构可能具有的层间非公度性， 另外就是不同过渡金属硫化物夹心层结构之间的电荷迁移，可以调整Fermi面附近的电子填充状况，从而改变材料的物理和化学性质。1.2.3 层状过渡金属硫属化物的优点与缺点 单层过渡金属二硫化物，如二硫化钼最近引起了科研人员的极大关注，由于他们狭窄的帯隙间接到直接的过渡6-8，高效制氢时可以用作催化剂等等9-11，在电子和光电能量转换也有广泛的应用12-18。过渡金属二硫化物超过40种，对二硫化钼的研究最广泛由于其半导体性能的良好前景。然而最近很多相关研究表明，更少用于研究的硒化物在许多方面优于硫化物由于一个比窄线宽的十倍的狭窄帯隙和可协调激子的充电效果19,20。虽然合成方法的进步允许单层二硫化钼和单晶生长的横向尺寸达到几百微米21,22，但是在控制、可再生和大区域增长的硒化仍然存在很大的挑战。合成高质量、大型的MoSe2仍然是个挑战，相关合成方法很少报道23-27。几种生产MoSe2纳米晶体的化学方法，例如在0 下六羰基钼和硒之间的化学反应和三氧化钼到MoSe2的溶剂热转换。就像石墨烯和其它二维材料，剥离的MoSe2用或者不用超声处理都能产生用于基本研究的单分子层。最近，Bougouma等人通过化学气相运输四氯化碲的方法合成了大尺寸MoSe2单晶，然而，这些合成既受限于纳米晶体也受限于层数和质量。1.2.4 层状过渡金属硫属化物的制备方法 除了剥离的制备方法，化学气相沉积法（CVD）已经被证明是一种合成不同二维材料的比较成功的方法，例如石墨烯、碲化铋、二硫化钼和二硫化钨等等。这里，我们拓展了这种合成方法，并且成功的在环境压力下用化学气相沉积法合成了单层MoSe2。1.3静电纺丝技术1.3.1 静电纺丝技术简介静电纺丝技术是最近兴起的一种制备一维纳米材料的重要方法28,29，是利用高聚物溶液或熔体在静电作用下进行喷射拉伸而获得连续性纤维的纺丝技术。由于简单易行，其问世以来在聚合物纳米纤维的加工中迅速得到应用，越来越多的有机聚合物和无机氧化物都被应用于静电纺丝30。1.3.2 静电纺丝原理与设备 静电纺丝过程中聚合物溶液或熔体带有高压静电，喷头末端的带电液滴在电场力作用下发生变形形成泰勒（Taylor）锥。当电场力足够强大时，聚合物熔体或溶液就会克服表面张力从泰勒锥喷出形成射流。射流先沿直线运动，在某一位置时发生弯曲并继续细化。在喷射的过程中溶剂会快速挥发从而使细化的射流快速固化，最终在接收装置上会得到网状的聚合物纤维膜。静电纺丝机由高压电源、喷丝头及接收板等主要部分组成，典型的电纺工艺如下图所示：图1-1 典型电纺工艺图1.3.3 静电纺丝技术的影响因素在绝大多数聚合物静电纺丝的过程中会有很多相似的因素影响纤维的形成以及形态。这些因素一般包括：1. 溶液31性质，如电导率、粘度、粘弹性、表面张力等；2. 大部分工艺参数，如储液管的液静压、电位、储液管和接收屏间的距离等等32,33；3. 环境参数，如湿度、温度、空气流速等34。1.3.4 静电纺丝技术的应用领域通过电纺技术得到的亚微米及纳米纤维膜具有比表面积大、孔隙率高、吸附性能好等优点，使其在多领域具有很高的应用价值。例如纳米纤维一般具有特别大的比表面积和非常高的孔隙率，利用这一点可以用来制作高效的纤维过滤器。与其它纳米纤维类似，静电纺丝制备的纤维也可以用来作模板制备高分子、金属氧化物、陶瓷等其它纳米管材料。静电纺丝纤维由于其较小的尺度和高的比表面积，可以作为传统催化剂的载体，可以为电化学催化剂、光催化剂等提供固相支持材料。在生物及医用领域，纳米纤维载药与药物的缓释控制、组织工程支架、酶固定化载体等方面的进展备受瞩目。此外，电纺超细纤维在纳米电子器件领域、环境清洁等领域都取得了很大进展。1.4碳纳米纤维1.4.1碳纳米纤维的优点碳纳米纤维的性能优异，主要性能有：1) 强度高。其抗拉强度在3500 MPa 以上。2) 模量高。其弹性模量在230 GPa 以上。3) 密度小，比强度高。4) 能耐超高温。在非氧化气氛的条件下，碳纤维可在2000 的高温下正常使用，而在3000 的高温下一般不会融熔软化，由此可见，其耐高温的性能不容小觑。5）耐酸性能较好。能耐浓盐酸、磷酸、硫酸、苯、丙酮等很多有机物介质侵蚀。如果将碳纤维放在浓度为50% 的硫酸等强酸中，200天后其弹性模量、强度和直径基本不会有变化；在50% 浓度的硝酸中甚至只是微微膨胀，其耐腐蚀性能已经远远超过黄金和铂金。1.5研究内容与目的综上所述，鉴于目前在过渡金属二硫化物研究中的进展以及存在的缺陷，本论文改进了化学气相沉积法（CVD），先利用静电纺丝法制备出PAN纳米纤维膜，之后将其碳化成碳纳米纤维（CNFs），最后在环境压力下合成单层二硒化钼并且将其负载到碳纳米纤维上，制备出MoSe2/碳纳米纤维杂化材料。利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及X射线光电子能谱（XPS）等对MoSe2/CNFs杂化材料进行表征。我们希望这种杂化材料能够汲取过渡金属二硫化物和碳纳米纤维材料的优点并探讨将其应用到电化学中的可能性，并对其在电化学中的性能做简单测试与分析，以期用于析氢反应，为解决目前全球能源短缺与环境污染等问题带来新的突破口。第2章 MoSe2/碳纳米纤维杂化材料的制备及表征2.1 引言过渡金属硫属化物包括很多层状二维材料，这些层状二维材料在催化、蓄能、固体润滑、微电子学和光电学等领域有很多的应用。最近，重要的研究集中于隔离过渡金属硫化物由于他们从间接到直接帯隙半导体的转换。那些薄的的原子纳米片可以用来制作成为新型电子、光电设备和化学传感器。虽然已有大量的关于合成单层和多层过渡金属硫化物的报道，但是，仍然没有关于过渡金属硒化物的合成方法和表征的报道。已经报道了几种薄膜和二硒化钼簇的合成方法，但是大多数对于单层的研究都基于自上而下，用透明胶带机械剥离分子层。结合纳米片和过渡金属二硫化物异质结的理论研究，可以产生具有特别的工程属性的有趣结构。为了使二硒化钼应用于电子器件和各种纳米结构，控制合成大型，单层和多层晶体是必要的。层状过渡金属硫化物具有独特的物理化学性质，适度的载流子迁移率和光电性质，一些重要的催化反应如加氢脱硫、析氢反应、氧化还原反应等在这类层状材料的边缘部分具有更强的反应活性。因此在场效应晶体管、光电检测器、光伏电池、发光二极管、催化等方面具有广阔的应用前景。 碳纳米纤维（CNFs）是由多层石墨片卷曲而成的纤维状纳米材料，具有高强、质轻、导热性良好以及导电性高等特性，在应用于储氢材料、高容量电极材料、高性能杂化材料、燃料电池电极等高性能产品方面具有很大的潜在价值。本文先用静电纺丝法制备PAN纳米纤维膜，然后用化学气相沉积法（CVD）合成MoSe2同时将其负载到碳纳米纤维上制备出MoSe2/碳纳米纤维杂化材料。研究和表征制备MoSe2/碳纳米纤维的形成过程和机理以及在电化学中的应用。2.2 实验药品与仪器2.2.1 实验药品表2-1 主要实验药品药品名称具体指标生产厂家PAN分析纯迈瑞尔化学技术有限公司DMF分析纯杭州高晶化工有限公司硒粉三氧化钼市购市购金华市鑫辉化工公司金华市鑫辉化工公司2.2.2 实验仪器与设备表2-2主要实验仪器与设备实验仪器型号生产厂家电子天平JA5003N上海菁海仪器有限公司磁力搅拌机85-1上海菁海仪器有限公司透射电子显微镜JSM-2100日本JEOL公司场发射扫描电子显微镜X射线光电子能谱仪静电纺丝注射泵静电纺丝高压直流电源真空管式炉JSM-6700FAXIS Ultra DLDKDS 200PS/FC60P02.0-22TL 1700日本JEOL公司英国Kratos公司美国KD Scientific公司日本GHV公司南京意帆仪器设备公司2.3 实验部分2.3.1 碳纳米纤维的制备1. PAN纳米纤维前驱体溶液的制备用量筒量取22 mL DMF，取3 g的PAN粉末在常温、磁力搅拌的条件下缓慢加入到DMF中，溶解一段时间，直到PAN粉末充分溶解于DMF。2. PAN纳米纤维膜的制备将配制好的上述前驱体溶液转移到1个带有12号不锈钢针头的20 mL注射器中，将1张直径20 cm的铝箔纸平铺于一段接地的金属导电板上，不锈钢针头与高压静电电源相连接。实验过程中，纺丝电压设定为12 KV，针头和接收板的距离设置为12 cm，纺丝速率设置为0.6 mL/h，开启高压电源。在柱塞的推动下，纺丝液喷出，并在电场力作用下加速运动并分裂成细流簇，待溶剂挥发后形成微纳米纤维结构，形成于收集板上。3. 碳纳米纤维的制备图2-1 真空管式炉示意图首先将制备好的PAN纳米纤维膜放到一个5毫升的陶瓷舟中，将其置于管式炉加热中心下游位置，再将将0.25克MoO3粉末（纯度为99.5）放入另一个5毫升的陶瓷舟中，置于炉子的加热中心紧贴放有PAN纳米纤维膜舟的位置，然后将0.5克Se粉（纯度为99.5）放入第三个5毫升的陶瓷舟中，将其置于管式炉上游距离放有MoO3的陶瓷舟14厘米的位置。然后密封好管式炉，打开管式炉的电源。然后对管式炉进行通气冲洗，冲洗一个小时后，氩气的流量控制到70 cm3/min(sccm)，之后将管式炉以25 /min加热到750。在管式炉加热期间，当炉内温度达到700 时，管式炉上游端Se处的温度应当控制在300 左右，当炉内温度达到750 时，保持10-15分钟，最后将其冷却至室温。2.4 MoSe2/碳纳米纤维杂化材料的表征及结果分析2.4.1 MoSe2/碳纳米纤维的扫描电子显微镜 (SEM) 分析图2-2 MoSe2/碳纳米纤维杂化材料的SEM图MoSe2/碳纳米纤维杂化材料的扫描电子显微镜图（SEM）如图2-2所示。从图中可以看到，碳纳米纤维上的确负载有很多片状的MoSe2，由此可见MoSe2的确负载到了碳纳米纤维上，说明我们成功制备出了MoSe2/碳纳米纤维杂化材料，并且可以看到片状的MoSe2是随机的负载在碳纳米纤维上，并且分散的比较均匀。说明MoSe2生长的比较好，并且比较均匀的负载到了碳纳米纤维上。从图中可以看出所负载的MoSe2大多是片状三角形。2.4.2 MoSe2/碳纳米纤维的透射电子显微镜 (TEM) 分析图2-3不同放大倍数MoSe2/CNFs的TEM图图2-3为碳纳米纤维和MoSe2/碳纳米纤维杂化材料在不同放大倍数的TEM图片。从图中可以清晰的看到MoSe2在负载到碳纳米纤维前后，碳纳米纤维的形貌基本无明显变化，并且片状的MoSe2的确负载到了碳纳米纤维上，说明我们成功将MoSe2负载到了碳纳米纤维上制备出了MoSe2/碳纳米纤维杂化材料，并且片状MoSe2大多为三角形，尺寸大约为200 nm-250 nm。2.4.3 MoSe2/碳纳米纤维的X射线光电子能谱 (XPS) 分析 图2-4 MoSe2/CNFs的X射线光电子能谱为了进一步证明本论文将MoSe2负载到了碳纳米纤维上成功制备出了MoSe2/碳纳米纤维杂化材料，我们采用XPS测试方法获得更多Mo原子和Se原子在MoSe2/碳纳米纤维杂化材料的信息。MoSe2中Mo的XPS谱图如图2-4（a）所示。在图2-4（a）中，位于229 eV和232.6 eV的峰分别是Mo 3d5/2和Mo 3d3/2的峰，说明Mo是以Mo+4形式存在的。MoSe2中Se的XPS谱图如图2-4（b）所示。在图2-4（b）中，Se原子分裂成了两个峰，分别是位于54.82 eV和55.65 eV的Se 3d3/2峰和Se 3d5/2峰。以上信息充分证实了MoSe2负载到了碳纳米纤维上，证明了本论文成功制备出了二者的杂化材料。2.5 本章小结本章中我们采用静电纺丝法制备出了PAN纳米纤维膜，然后碳化成碳纳米纤维，随后用化学气相沉积法生成MoSe2同时将其负载到碳纳米纤维上，成功制备出了MoSe2/碳纳米纤维杂化材料。由SEM可知，我们将MoSe2负载到了碳纳米纤维上， TEM说明MoSe2的尺寸大约为200 nm-250 nm，呈现出片状三角形的形状，并且无规则的比较均匀的负载在碳纳米纤维表面。XPS测试证明碳纳米纤维上负载有MoSe2，由此可见，本论文成功制备出了MoSe2/碳纳米纤维杂化材料。MoSe2在碳纳米纤维表面分散性较好，也将有利于其在电化学领域的应用。第3章 MoSe2/碳纳米纤维杂化材料的电化学测试3.1 引言随着中国经济与科技的飞速发展，能源的需求与日俱增，单靠我国本身的能源储量以远远不能满足我国目前发展的需要，因此，不得不大量进口石油等能源以满足发展需要。然而，大量传统能源的消耗虽然带动了经济的快速发展，但是也使环境污染以从未有过的速度加快恶化。因此，各国科研人员一直在努力寻求清洁、高效、廉价的新能源，包括太阳能、风能、氢能等。但是目前新能源的产量明显不足，远远不能满足发展要求，也不能对环境问题带来根本性的改善。随着纳米技术的飞速发展，纳米纤维的缺陷数量少、长径比大、比表面积大、结构致密等优点使得越来越多的科研人员关注纳米纤维，希望将其它纳米材料负载到上面，以期产生令人惊喜的结果。过渡金属硫属化物（TMDs）包括：MoS2、WS2等，研究发现， MoSe2有更多的活性边缘，且其高性能析氢反应（HER）活性也较强。为此，本论文制备的MoSe2/碳纳米纤维杂化材料直接作为工作电极进行电化学测试，发现其具有一定的电化学活性，可用于析氢反应，以期为解决目前的能源短缺与环境污染问题带来新的突破口。3.2实验部分3.2.1 仪器与试剂所需试剂均为国产分析纯，本次实验过程所用水均为本实验室自制超纯水。CHI660E电化学工作站(上海辰华仪器有限公司，中国上海)，超声波清洗器 (SB-5200D)，采用三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极，对电极为铂网，工作电极为MeSe2/碳纳米纤维杂化材料。3.2.2 MeSe2/碳纳米纤维杂化材料的电化学测试使用三电极系统对MeSe2/碳纳米纤维杂化材料进行测试，电解液为0.5 M H2SO4。其中，MoSe2/碳纳米纤维杂化材料直接作为工作电极，选用铂网电极作为对电极，饱和甘汞电极为参比电极。电化学测试之前，电解液需用N2 纯化0.5 h 以完全除去氧气，经过10次循环后记录,工作站以2 mV s1的扫描速率进行线性扫描伏安法测试。IR校正得到极化曲线。使用的Ag/AgCl 参比电极经过反氢电极校正。0.5 M H2SO4中，E(RHE) = E (Ag/AgCl)+0.244 V 。3.3 结果分析与讨论图3-1 (a) 碳纳米纤维和MoSe2/CNFs杂化材料的 LSV线性曲线（b）碳纳米纤维和MoSe2/CNFs 杂化材料的塔菲尔斜率图图3-1为MoSe2/碳纳米纤维杂化材料的LSV线性曲线图。由图3-1（a）可知，碳纳米纤维的起始过电位为-160 mV，而MoSe2/碳纳米纤维杂化材料的起始过电位为-116 mV。由图3-2（b）可知，碳纳米纤维的塔菲尔斜率为250 mV/decade，而MoSe2/碳纳米纤维杂化材料的塔菲尔斜率为130 mV/decade，由此可见，MoSe2/碳纳米纤维杂化材料具有一定的电化学活性，可以用于析氢反应。3.4 本章小结本章中为了检验MoSe2/碳纳米纤维杂化材料的电化学性能，用上章中制得的杂化材料直接作为工作电极进行电化学测试。结果表明，MoSe2/碳纳米纤维杂化材料的电化学活性良好，其起始过电位为-116 mV，塔菲尔斜率为130 mV/decade，可以用在析氢反应方面，以期为解决能源短缺和环境污染问题带来新的突破口。第4章 结论本文先利用静电纺丝法制备出PAN纳米纤维膜，然后碳化成碳纳米纤维，之后用化学气相沉积法生成MoSe2同时将其负载到碳纳米纤维上，成功制备出MoSe2/碳纳米纤维杂化材料。多种分析技术包括SEM、TEM、XPS等表征了制备的纳米杂化材料。由SEM分析可以看出片状的MoSe2成功负载到了碳纳米纤维上。由TEM分析可以看出，负载到碳纳米纤维上的片状的MoSe2大多为三角形，尺寸大约为200 nm-250 nm。由XPS分析进一步证实MoSe2确实负载到了碳纳米纤维上，说明本论文成功制备出了MoSe2/碳纳米纤维杂化材料。最后，本论文用制备的MoSe2/碳纳米纤维杂化材料直接作为工作电极进行电化学测试，测试结果表明MoSe2/碳纳米纤维杂化材料的析氢过电位为-116 mV，塔菲尔斜率的数值为130 mV/decade，说明MoSe2/碳纳米纤维杂化材料具有一定的电化学活性，可以用于析氢反应。参考文献1 Zhan, Y.; Liu, Z.; Najmaei, S.; Ajayan, P. 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