过渡金属磷化铜及其复合化物的可控构筑及其电催化特性的任务书.docx

过渡金属磷化铜及其复合化物的可控构筑及其电催化特性的任务书
任务书
一、课题背景
随着经济的发展和能源需求的增加，能源储存和转换技术成为当前科技界和产业界关注的热点领域之一。电化学能源存储和转换技术因具有高效、可再生和环保等优势，在新能源开发中得到了广泛应用。其中，电催化制氢是一项十分重要的技术，它可以将来自于可再生能源的电能高效转化为氢气，进而实现能源的存储和转换。
过渡金属磷化铜及其复合化合物是一类具有良好电催化性质的强劲竞争者，近年来受到了广泛的关注和研究。与纯铜催化剂相比，磷化铜和磷化铜复合物在催化效率、稳定性和反应活性上都表现出更为优越的特性，具有潜在的应用前景。目前，制备高性能磷化铜及其复合物，构筑复合材料结构和控制组分比例的研究是磷化铜及其复合物电催化体系中的关键问题。
在当前的磷化铜及其复合物电催化研究中，尚存在一些问题。一方面，现有的制备方法难以实现对磷化铜及其复合材料结构和组分比例的精确控制，因而影响其催化性能；另一方面，目前磷化铜和磷化铜复合物的催化机理和反应动力学研究仍然相对不充分。因此，在这个领域的研究中，需要寻求新的方法和策略，以解决这些关键问题。
二、研究目标
本次研究的主要目标是实现高效的过渡金属磷化铜及其复合化合物的可控构筑。具体实现以下目标：
1.设计和制备高性能的过渡金属磷化铜及其复合材料结构，控制组分比例，以达到更好的催化性能。
2.深入研究过渡金属磷化铜及其复合物的催化机理和反应动力学，在此基础上改进制备方法和催化性能测试方法。
3.探讨磷化铜及其复合材料在电催化氢产生中的应用，评估其电催化性能和反应活性，并对其性能进行优化。
三、研究内容
1.制备过渡金属（如Ni、Co、Fe等）磷化铜及其复合材料。
2.运用先进的表征手段，对样品进行结构表征和组分分析，探究过渡金属磷化铜及其复合材料的结构特征以及组分比例的影响。
3.应用电化学分析和表面等离子体共振技术，深入研究磷化铜及其复合物的电催化机理和反应动力学，探讨其活化机制和反应路径，并建立电催化性能评价体系。
4.优化样品结构和组分比例，探究催化性能相关的结构特征，并对制备和测试方法进行改进，以实现更好的催化性能。
5.在电催化氢产生体系中应用样品，评估其电催化性能，探究反应活性，优化催化体系。
四、技术路线
1.硅基电极制备
硅基电极制备可采用双节点氧化铝膜（SNAP，siliconnitrideoxideAluminapassivation）的方法，首先在硅片表面进行化学氧化，形成约100nm的氧化层，再通过热氧化使氧化层增厚到约500nm，最后在氮气气氛中进行高温退火，使氮氧化物形成氧化亚氮膜（AlOxNy），最终制得氮化硅电极。
2.磷化铜和磷化铜复合物的制备
在此研究中，采用水热法和沉淀法制备过渡金属磷化铜及其复合物。水热法通过控制反应温度、时间和压力等条件实现可控制备。沉淀法则是将Cu2+通过还原反应转化为Cu，磷化物质浸泡于还原后的Cu溶液中，实现磷化铜的制备。过渡金属磷化铜及其复合物的结构和组分比例采用X射线衍射和电子显微镜等方法进行表征。
3.电催化性能测试方法
电催化性能测试方法包括循环伏安曲线和恒电流光谱测试。在循环伏安曲线测试中，将电子电极和铂铑电极分别作为工作电极和参考电极，以Ag/AgCl为外部参比电极，用1.0MKOH作为电解质进行测试。在恒电流光谱测试中，将磷化铜及其复合物质散布在电极上，将电极浸泡在合适的电解液中，在施加一定电位时测得的电流与时间作为反应速率进行计算。
五、预期成果
1.实现高效过渡金属磷化铜及其复合材料的可控构筑，评估其电催化性能及反应活性，为电催化制氢技术的应用提供技术支撑。
2.深入研究过渡金属磷化铜及其复合物的催化机理和反应动力学，优化制备方法和测试方法，提高催化性能和反应活性。
3.发表高水平学术论文，并在国际顶尖期刊上发表研究成果，推进过渡金属磷化铜及其复合物电催化技术的发展，提高我国在该领域的科技水平和国际竞争力。
六、参考文献
[1]KimJ,KimM,ChoiH,etal.Transition-metalphosphidenanocatalysts:synthesis,properties,andapplicationsinelectrocatalysis[J].ChemicalSocietyReviews,2019,48(6):1855-1876.
[2]HanY,YangY,WangX,etal.RecentAdvancesinTransition-MetalPhosphideElectrocatalystsforEnergyConversionApplications[J].SmallMethods,2020,4(5):1900745.
[3]PengX,GuoY