双功能yolk-shell钴@钴氮碳掺杂氧电极催化剂

以ZIF-67为模板,通过表面原位聚合多巴胺,与金属Co²⁺发生强烈螯合,释放出有机配体,得到中空的金属-有机结构材料（Co-PDA）。通过900℃高温处理得到类似蛋黄（yolk-shell）结构的金属氮掺杂碳材料（Co@Co-N/C）。这种特殊结构的材料具有优异的氧还原（ORR）和析氧反应（OER）电催化活性,在0.1 mol/L KOH电解液中,其ORR的半波电位为0.81 V,Tafel斜率为60 mV/dec;在电流密度为10 mA/cm²时,其OER过电位为390 mV,Tafel斜率为71 mV/dec,总的氧电极催化活性为0.82 V,是一种优良的双功能氧电极催化剂。     

钼钴二元硫化物制备及其电解水性能研究

为提升硫化钼全解水的催化能力,采用一步电沉积的方法在镍钴氧化物（NCO）基底上成功制备了钼钴二元硫化物复合电极,研究了添加剂、钼钴物质的量比和沉积时间对电极电催化性能的影响。实验结果表明,采用氟化铵作为添加剂、钼钴物质的量比为5∶7且沉积时间为750 s时,制备的Mo₅Co₇S_x@NCO-750电极具有最佳电催化活性,其析氢反应（HER）过电位和Tafel斜率分别为115 mV和67 mV/dec,析氧反应（OER）过电位和Tafel斜率分别为259 mV和42 mV/dec,全解水时槽压为1.61 V。复合电极电催化性能的提升一方面得益于钴的引入,在硫化钼中形成了高导电性和高催化活性的异质界面,另一方面材料中还存在丰富的具有优异电催化活性的缺陷位点。     

超薄MOF纳米片前驱体高效电催化OER反应

金属-有机骨架材料作为前驱体制备特定形貌的纳米材料用于水氧化反应(OER)，成为新的研究热点。使用溶剂热法在泡沫镍基底上合成超薄的NiCoFe-MOF纳米片，在保留其纳米片形貌的基础上原位电化学转化为金属氢（羟基）氧化物。在1 M KOH电解液中，10 mA?cm-2电流密度时的过电位仅为189 mV，Tafel斜率为35 mV/dec，且长时间电解实验表明其具有较高稳定性。原位拉曼结果表明，反应的高活性来源于反应过程中的“活性氧物种”中间体。     

超薄金属-有机骨架纳米片前驱体高效电催化OER反应

金属-有机骨架(MOFs)材料作为前驱体制备特定形貌的纳米材料用于水氧化反应(OER)已成为新的研究热点.使用溶剂热法在泡沫镍基底上合成了超薄的镍钴铁金属-有机骨架(NiCoFe-MOF)纳米片,在保留其纳米片形貌的基础上原位电化学转化为金属氢(羟基)氧化物.在1 mol/L KOH电解液中,10 mA/cm2电流密度时,NiCoFe-MOF纳米片的过电势仅为189 mV,Tafel斜率为35 mV/dec.长时间电解实验表明,NiCoFe-MOF纳米片具有较高的稳定性.原位Raman结果表明,其反应的高活性来源于反应过程中的"活性氧"物种中间体.     

热处理温度调控Co_3O_4介孔纳米片的孔结构及OER性能

Co_3O_4纳米片是一种性能优异的电催化剂材料,其多孔结构影响电催化析氧(OER)的性能。通过溶剂热法结合热处理调控Co_3O_4纳米片的多孔结构,并利用XRD、SEM、TEM和N_2吸附-脱附(BET)等方法表征了不同煅烧温度(300、400、500℃)下的物相与多孔结构。电催化性能表征结果表明,Co_3O_4纳米片具有最大的比表面积(93. 02 m~2/g)、最优的介孔孔容(0. 196 cm~3/g)的多孔结构(300℃煅烧样品),表现出最优的OER性能:起始电位为1. 539 V,过电势为0. 37 V,Tafel斜率为49 m V/dec。     

Co-Fe-Pd纳米粒子的可控制备及其氧还原催化性能

以Co(COOH)_2、FeCl_3和PdCl_2为原料,柠檬酸为稳定剂,乙醇为加速剂,采用超声辅助制备Co-Fe-Pd金属纳米粒子,并评估其氧还原反应(ORR)电催化性能。研究结果表明,Co-Fe-Pd金属纳米粒子平均粒径约3～5 nm,由于Co、Fe固溶于Pd晶格,使Co-Pd、Fe-Pd和Co-Fe-Pd纳米粒子仅显示Pd衍射峰,且伴有不同程度的宽化;相比于Co-Fe、Fe-Pd或Co-Pd纳米粒子,三元Co-Fe-Pd晶格压缩更为明显,晶格缺陷诱使的活性位点增加,氧还原催化能力增强;其氧还原起峰电位为1.03 V (vs RHE),Tafel斜率为-87 mV/dec,可与商用Pt/C催化剂相媲美;氧还原过程中电子转移数为3.80±0.04,说明其主导四电子转移路径;此外,RRDE结果显示氧还原过程中的中间产物H_2O_2含量约10%。     

Co-Fe-Pd纳米粒子的可控制备及其氧还原催化性能

以Co(COOH)₂、FeCl₃和PdCl₂为原料,柠檬酸为稳定剂,乙醇为加速剂,采用超声辅助制备Co-Fe-Pd金属纳米粒子,并评估其氧还原反应(ORR)电催化性能。研究结果表明,Co-Fe-Pd金属纳米粒子平均粒径约3～5 nm,由于Co、Fe固溶于Pd晶格,使Co-Pd、Fe-Pd和Co-Fe-Pd纳米粒子仅显示Pd衍射峰,且伴有不同程度的宽化;相比于Co-Fe、Fe-Pd或Co-Pd纳米粒子,三元Co-Fe-Pd晶格压缩更为明显,晶格缺陷诱使的活性位点增加,氧还原催化能力增强;其氧还原起峰电位为1.03 V(vs RHE),Tafel斜率为?87 mV/dec,可与商用Pt/C催化剂相媲美;氧还原过程中电子转移数为3.80±0.04,说明其主导四电子转移路径;此外,RRDE结果显示氧还原过程中的中间产物H₂O₂含量约10%。     

NF@Ni3S4@CoFe-LDHs电极用于尿素辅助碱性析氧

具有较高过电势的阳极析氧反应(OER)是电解水的关键半反应。利用理论过电势为0.37 V的尿素氧化反应(UOR)来降低阳极反应过电势。采用水热法在泡沫镍(NF)基底上原位构建NF@Ni₃S₄后，利用电化学沉积的方法在NF@Ni₃S₄表面生长Co Fe-LDHs，得到异质核壳结构NF@Ni₃S₄@Co Fe-LDHs电极。在尿素辅助碱性析氧反应过程中，该电极的分级结构可加快对中间产物的吸附和质子的解吸速率。在浓度为1 mol/L KOH电解液中，该电极在283 mV的过电势下可驱动100 mA/cm²的电流密度，塔菲尔斜率为55.9 mV/dec。在浓度为0.10、0.33和0.50 mol/L尿素与1 mol/L KOH混合电解液中，该电极均仅需1.33 V vs.RHE电压即可获得10m A/cm²的电流密度。在0.33 mol/L尿素和1 mol/L KOH混合电解液中，该电极可稳定运行20 h。     

电沉积镍铁锰三元纳米片在析氧反应中的性能研究

电解水制氢技术作为当下最有效的制氢技术之一,低成本、高性能的电催化剂是提高电解水效率的理想选择。本文采用了一步电沉积法在泡沫镍上制备镍、铁、锰三元纳米片(NiFeMn)作为析氧反应(OER)电催化剂。当电流密度为20mA·cm^-2时,过电位达到297mV,Tafel斜率达到了143.2mV·dec^-1,经过了12小时的I-T测试后,其电流密度为86mV·cm^-2,表明该材料具有较好的稳定性和活性。NiFeMn纳米片良好的OER性能可能是由于其高的电化学活性表面积,为OER反应提供了更多的活性位点。     

非晶态硼化物Ni-Fe-Co-B的合成及电催化析氧性能

电解水制氢是绿色氢能源研究中的热点课题。其中，析氧半反应较高的过电位是导致电解水动力学缓慢的主要原因。为了提高电解水制氢的效率，本文主要通过简单的液相合成方法，以硼氢化钠和过渡金属Ni，Fe，Co盐为原料，制备了非晶态的过渡金属硼化物Ni-Fe-Co-B，将其作为析氧半反应催化剂。对Ni-Fe-Co-B进行了SEM、TEM、XRD、XPS和电化学表征。结果表明，非晶态催化材料Ni-Fe-Co-B被成功合成，当n(Ni)∶n(Fe)∶n(Co)=1∶1∶1，电流密度为20 mA/cm2时，Ni-Fe-Co-B的过电位仅为299 mV，Tafel斜率为101 mV/dec。在0.47 V的恒电压测试下，Ni-Fe-Co-B具有12h以上的稳定性。     

Cu欠电位沉积法制备高效Pt/碳布析氢电极

以阳极氧化处理的碳布(ACC)为导电基体,利用Cu的欠电位沉积(UPD)和Cu与Pt金属前驱体之间的置换反应制备了Pt/碳布(Pt/ACC)电极材料,对其微观结构进行了表征并考察了其电催化分解水制氢性能。结果表明,通过控制Cu的沉积电位可以有效地控制Pt的负载量和其在ACC表面的分散状态。随着沉积电位在0.32~0.15 V vs.RHE变化,Pt/ACC电极材料中Pt的负载量呈线性增加;在0.5 mol/L H2SO4溶液中的产氢反应结果表明,随着Pt负载量的增加,析氢起始电位逐渐降低,当沉积电位为0.15 V vs.RHE时,Pt在ACC表面的负载量为588μg/cm2,所得Pt/ACC电极材料起始电位为-0.05 V vs.RHE,且达到10 m A/cm2电流密度所需的过电位仅为56 m V,Tafel斜率为34.2 m V/dec,电极的催化产氢活性与块体Pt箔相近。     

Ce(OH)3/NiFe-S异质结构的析氧性能研究

共沉淀法和水热法相结合的两步法制备了新颖的Ce(OH)_3/Ni Fe-S异质结构,运用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及多种电化学技术,对该催化剂的成分、晶型结构、微观形貌结构以及对析氧反应(OER)的催化性能进行研究。结果表明:二元Ni Fe-S硫化物过电位为325 m V,Tafel斜率为86.6 m V·dec~(-1),掺杂Ce(OH)_3后形成的Ce(OH)_3/Ni Fe-S硫化物异质结构析氧性能明显增强,过电位降为294 m V,且Tafel斜率为57.5 m V·dec~(-1),其催化活性与商业的贵金属催化剂Ru O_2相当。     

电沉积制备多孔Ni-Fe-Sn合金电极及其析氧性能

采用直流电沉积法在铜箔表面合成了多孔结构的Ni–Fe–Sn合金,用扫描电子显微镜、X射线能谱仪和X射线衍射仪对合金的微观组织形貌和相态进行了表征,用电化学工作站测试了合金电极在碱性环境中的析氧性能。结果表明,Ni–Fe–Sn合金电极主要由Ni3Sn2和FeNi3相组成,电极表面形成了多孔结构。在30wt% KOH溶液中,Ni–Fe–Sn合金的析氧过电位仅为261 mV(电流密度10 mA/cm2),Tafel斜率为69.9 mV/dec。电极在10 mA/cm2电流密度下能稳定工作12 h以上,具有良好的电化学稳定性。     

CNTs/Ni-W/CC复合电极的构筑及电解水析氢催化性能

在碳布材料(CC)表面首先电沉积W原子分数约为13％的Ni-W合金,再通过化学气相沉积(CVD)在其表面生长碳纳米管(CNTs),构筑出一种自支撑CNTs/Ni-W/CC复合电极.电化学测试表明:该复合电极在1 mol/L NaOH水溶液中表现出良好的电解水析氢(HER)催化性能.在不同温度下保温2 h所获样品中,900°C保温后的样品具有最佳析氢催化活性,其在10 mA/cm2阴极电流密度下的HER过电位为118.2 mV,Tafel斜率为97.4 mV/dec,并且其阴极电流密度在较高的阴极过电位下可超越商用Pt/C材料.此外,在持续的电催化反应工作过程中,该样品的HER催化活性可长期保持稳定.     

棒状FeS2/NiS2和FeP/Ni2P材料的合成与催化性能比较

以Fe(NO3)3?9H2O、Ni(NO3)2?6H2O、硫粉或NaH2PO2?H2O为原料，通过两步法合成了FeS2/NiS2、FeP/Ni2P复合材料，通过XRD、SEM和TEM对材料的结构和形貌进行了表征，研究了其析氧催化性能。结果表明，上述催化剂均具有很好的催化性能。在电流密度为10 mA/cm2时，FeP/Ni2P需要较小的过电位（300 mV），表现出比FeS2/NiS2（300 mV）更好的催化活性。FeP/Ni2P催化剂相应的塔菲尔斜率值（48 mV/dec）也比FeS2/NiS2 (71 mV/dec)的小，表示在析氧反应中FeP/Ni2P催化剂具有更好的催化动力学性能。     

电沉积制备Ni-P非晶态催化电极上的析氢反应

用直接电沉积法在室温下制备出不同磷含量的Ni-P合金电极,用恒电流极化法研究了电极在20℃的1 mol/L KOH溶液中作为析氢反应阴极的催化性能,并用XRD及SEM方法研究了Ni-P合金镀层的组织结构. 实验结果表明,磷含量为8.49 at%的Ni-P合金电极具有优良的催化性能,在150 mA/cm2的电流密度下,析氢反应过电位最低,约为95 mV, 比纯镍电极低342 mV, 低电流密度区的Tafel斜率为65.4 mV/dec, 表现出良好的析氢催化活性, 这种高催化活性与镀层磷含量及组织结构有关.     

复合氧化物La0.8Sr0.2CoO3的合成及其析氧电催化

通过有机酸辅助法在较低温度下合成了La0.8Sr0.2CoO3复合氧化物,XRD结果表明,用该方法合成的La0.8Sr0.2CoO3具有单相钙钛矿结构,从稳态物化曲线得出,在碱性溶液中,在La0.8Sr0.2CoO3表面的析氧Tafel斜率为65mV/dec,OH-的反应级数为1,在分析了反应机理后,得出了析氧反应的动力学方程,恒电流测试结果表明,用该方法制备的La0.8Sr0.2CoO3/Ni电极,在碱性溶液中具有良好的析氧催化活性.     

锌空气电池双功能阴极催化剂研究进展

可充电锌空气电池(ZAB)被认为是具有前景的储能设备之一.阴极氧还原反应和氧析出反应(ORR和OER)动力学缓慢,限制ZAB的实际应用,开发出高活性催化ORR/OER双功能阴极电催化剂尤为重要.综述了非贵金属双功能阴极电催化剂,包括无金属碳材料催化剂、过渡金属催化剂和过渡金属-氮掺杂碳材料组合催化剂,讨论几种催化剂催化...     

MoCo@NF电极材料的制备及析氧性能研究

为研究水热法制备泡沫镍负载钼钴析氧电极材料的影响因素,采用正交实验方法制备了一系列析氧电极材料,结合电化学性能分析得出降低析氧过电位的最佳条件。通过SEM、EDS及电化学性能研究了最佳条件下制备的电极材料,研究表明,泡沫镍表面负载了呈现出花朵状的钼钴氧化物,表现出较好的析氧性能,其电极电流密度在100m A·cm^-2的过电位为311m V,Tafel斜率为72m V·dec^-1,双电层电容Cdl为20.85m F·cm^-2,1h内电流密度保持率达95.71%。     

石墨烯/Sr2Ni0.4Co1.6O6复合材料的制备及其性能

通过溶胶-凝胶法合成了双钙钛矿型氧化物Sr_2Ni_(0.4)Co_(1.6)O_6、通过改性Hummers还原方法制备出薄层石墨烯,并制备单一物质和两者复合材料的双功能氧电极,用于测试其氧催化性能。采用XRD、EDS、SEM、FTIR对样品进行表征。结果显示:Sr_2Ni_(0.4)Co_(1.6)O_6均匀地分布于薄层石墨烯片层表面。电化学性能测试结果表明:单一Sr_2Ni_(0.4)Co_(1.6)O_6和薄层石墨烯的氧还原反应(ORR)最大电流密度分别为0.1830、0.1516A/cm~2 (–0.6Vvs.Hg/Hg O),氧析出反应(OER)最大电流密度分别为0.2677、0.1174 A/cm~2 (1 V vs. Hg/HgO)。当薄层石墨烯添加量占复合催化剂质量的10%时,复合催化剂的氧催化性能最佳,ORR最大电流密度为0.2901 A/cm~2(–0.6Vvs.Hg/Hg O),OER最大电流密度为0.3905 A/cm~2 (1 V vs. Hg/HgO),明显高于单一催化剂。