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Co~(2+)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@CoN/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 m A/cm~2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。     

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。     

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。     

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。     

碳纸负载钴氧化物的制备及电催化析氧性能研究

高效且廉价的电催化析氧反应（OER）电极材料的制备对其在电化学能源转化和储存系统中的应用具有重要的研究意义。通过溶剂热法和不同气氛焙烧,分别制得碳纤维纸（碳纸）负载的两种钴氧化物（一氧化钴和四氧化三钴）,并将其用作OER电极的催化剂。运用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）和X射线光电子能谱（XPS）技术分别对两种材料的物相、形貌和表面价态进行了表征及分析。结果表明：在氮气气氛下焙烧得到一氧化钴纳米片,而在空气下焙烧得到四氧化三钴纳米片。通过线性扫描伏安法（LSV）、循环伏安曲线（CV）、电化学交流阻抗测试（EIS）和计时电位法对两种材料的电催化析氧性能进行了研究。结果表明：一氧化钴电极比四氧化三钴电极具有更优异的析氧反应催化活性和稳定性。在1 mol/L 氢氧化钾电解液中,一氧化钴和四氧化三钴电极在10 mA/cm ²电流密度下对应的电位分别为1.568 V和1.617 V。     

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%。     

NaFexCry(SO4)2(OH)6的合成及电化学性能研究

随着国内外能源的过度消耗和环境污染，寻求高效、清洁、可持续的能源已成为当前的首要任务。关于易合成的黄钠铁矾在析氧反应(OER)方面的研究较少。因此，通过水热法合成了4种不同铁铬物质的量比的铬掺杂黄钠铁矾[Na Fe_x Cr_y(SO₄)₂(OH)₆]催化材料。利用SEM、XRD、Raman和电化学方法对其结构和性能进行表征。结果表明，Cr³⁺成功地掺入到黄钠铁矾晶格中，随着Cr³⁺掺杂量的增加，黄钠铁矾颗粒尺寸逐渐减小；在1 mol/L KOH的电解液中，n(Fe³⁺)/n(Cr³⁺)为1∶1的样品的OER催化性能最佳；当电流密度为10 m A/cm²时，其过电位为370 m V，塔菲尔斜率为92.99 mV/dec，电化学双层电容(C_dl)为10.94 mF/cm²。     

鸡蛋黄热解制备高效双功能电催化剂

廉价高效的可催化氧还原反应（ORR）和析氧反应的双功能电催化剂是实现可再生燃料电池和金属-空气电池等化学电源大规模商业化应用的关键因素。以鸡蛋黄和六水合氯化钴为前驱体,采用简单的一步热解法制备了杂原子掺杂碳材料（HDC）负载Co₂P纳米颗粒双功能电催化剂（Co₂P-HDC）。采用SEM、TEM、XRD以及XPS等表征手段对所得催化剂的微观形貌、晶体结构以及表面元素组成进行了分析表征。运用旋转圆盘电极（RDE）技术考察了Co₂P-HDC在碱性介质中催化ORR和OER的性能。结果表明,Co₂P-HDC催化剂表现出与商品Pt/C催化剂相当的ORR催化活性以及优于Pt/C催化剂的OER催化活性和耐久性,有望应用于金属-空气电池、可再生燃料电池等化学电源中,并为鸡蛋黄的高附加值利用提供新的途径。     

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.     

掺杂炭黑电催化剂氧还原性能研究

碳纳米材料由于其良好的结构和功能特性,常做为氧还原反应中电催化剂的载体或直接做为氧还原反应的电催化剂。本文从具有良好导电性和高比表面积的炭黑(BP2000)出发,在对其进行表面氧化的基础上分别通过高温氨化和Fe(NO3)3溶液浸渍/高温煅烧进行了掺氮(N-BP2000)和掺铁(Fe-BP2000),对比考察了掺氮和掺铁对所得催化剂氧还原性能的影响。结果表明,所制备的掺氮炭黑(N-BP2000)和掺铁炭黑(Fe-BP2000)电催化剂的氧还原活性均较BP2000电催化剂提高显著。其中,Fe-BP2000电催化剂,表现出了最佳的氧还原活性,其半波电位为0.774 V,分别比N-BP2000与BP2000电催化剂正22、108 mV,同时其也表现出最佳的长程稳定性。     

ZIF-67衍生Co/NC多孔碳材料的改性及其电催化水氧化性能

通过将前体ZIF-67高温热解并采用NaBH₄还原的方法制得表面富含氧空位的多孔碳复合材料(R-Co/NC-800)。利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)等手段对材料的物相、形貌、元素分布以及表面化学键结构等进行了表征；采用线性扫描伏安法(LSV)等方法研究了材料的电催化水氧化活性。结果表明制得的多孔碳复合材料(R-Co/NC-800)与未经NaBH₄还原处理的Co/NC-800样品对比，其表面氧空位浓度明显增加，形成新的催化活性位点，有效提升了电催化水氧化活性。在1.0 mol/L KOH溶液中，达到10 mA/cm²的电流密度，所需过电势仅为287 mV，同时表现出优异的电化学稳定性。     

A dual metal-organic framework strategy for synthesis of FeCo@NC bifunctional oxygen catalysts for clean energy application

Developing high efficient bifunctional oxygen electrocatalysts for clean energy applications like Zin-air battery (ZAB) is highly desired, because it would reduce the cost and speed up the practical application of ZAB. Here we use a dual metal–organic framework (MOF) synthesis strategy to prepare the N-doped carbon supported bimetallic FeCo nanoparticle catalysts (marked as FeCo@NC) by pyrolysis of ZnCo-ZIF/MIL-101(Fe) composite. The FeCo@NC exhibits remarkable electrocatalytic activity for ORR with half-wave potential of 0.89 V vs. the reversible hydrogen electrode (RHE) and robust durability for both ORR and OER (oxygen reduction reaction and oxygen evolution reaction), which is attributed to the generation of Fe_0.26Co_0.74 crystalline phase and mesopores due to the dual-MOF synthesis strategy. The rechargeable ZAB based on FeCo@NC air electrode shows a maximum energy density of 139.6mW·cm^-2 and excellent cyclic stability over 130 h, significantly surpassing the Pt and Ir-based ZAB. The present work provides a useful dual-MOF synthesis strategy for preparing high-performance multifunctional catalysts for ORR, OER and hydrogen evolution reaction (HER).     

泡沫镍基三维空心球CoFe2O4@NF复合材料的制备与析氧性能研究

为降低电解水阳极的析氧反应过电位,采用一步水热法制备了泡沫镍基钴铁混合氧化物（CoFe₂O₄@NF）复合材料。采用XRD、SEM、TEM和XPS等方法对复合材料进行表征,并利用三电极体系对其电解水析氧催化性能进行了测试。结果显示：CoFe₂O₄以颗粒的形式聚集成空心球结构生长于泡沫镍基底上,其中空心球的直径大约4 μm,而CoFe₂O₄的粒径约为40 nm左右。在1 mol·L^-1 KOH溶液中,CoFe₂O₄@NF复合材料仅需293 mV的过电位即可达到20 mA·cm^-2的电流密度,Tafel斜率为51 mV·dec^-1。经过1 000次循环伏安扫描和10 h电流时间曲线测试后,其析氧性能依旧保持高稳定性,在析氧催化材料领域有着广阔的研究前景。     

Synergistic effect of V and Fe in Ni/Fe/V ternary layered double hydroxides for efficient and durable oxygen evolution reaction

High-performance and stable electrocatalysts are vital for the oxygen evolution reaction (OER). Herein, via a one-pot hydrothermal method, Ni/Fe/V ternary layered double hydroxides (NiFeV-LDH) derived from Ni foam are fabricated to work as highly active and durable electrocatalysts for OER. By changing the feeding ratio of Fe and V salts, the prepared ternary hydroxides were optimized. At an Fe:V ratio of 0.5:0.5, NiFeV-LDH exhibits outstanding OER activity superior to that of the binary hydroxides, requiring overpotentials of 269 and 274 mV at 50 mA·cm^–2 in the linear sweep voltammetry and sampled current voltammetry measurements, respectively. Importantly, NiFeV-LDH shows extraordinary long-term stability (≥ 75 h) at an extremely high current density of 200 mA·cm^–2. In contrast, the binary hydroxides present quick decay at 200 mA·cm^–2 or even reduced current densities (150 and 100 mA·cm^–2). The outstanding OER performance of NiFeV-LDH benefits from the synergistic effect of V and Fe while doping the third metal into bimetallic hydroxide layers: (a) Fe plays a crucial role as the active site; (b) electron-withdrawing V stabilizes the high valence state of Fe, thus accelerating the OER process; (c) V further offers great stabilization for the formed intermediate of FeOOH, thus achieving superior durability.     

生物质焦油衍生氮掺杂多孔碳负载Co3O4纳米晶的制备及双功能氧反应催化

以生物质焦油活化多级孔碳为骨架，通过一步水热合成同时实现氮掺杂和Co₃O₄纳米粒子负载，获得Co₃O₄@N/C复合催化剂。对比研究结果表明，凭借复合材料中活性Co₃O₄和N掺杂结构之间的协同效应，Co₃O₄@N/C复合催化剂对氧还原（ORR）和析氧反应（OER）均表现出较高的催化活性，ORR和OER启动电位电势差ΔE为0.99V；其中，ORR极限扩散电流密度为-5.10mA/cm²，与贵金属Pt/C相当。此外，Co₃O₄@N/C具有优异的氧还原稳定性，在经3000次循环伏安法扫描后，Co₃O₄@N/C的极限扩散电流密度仍能保持89.9%。这一生物质焦油衍生碳所构筑的N掺杂多孔碳负载Co₃O₄纳米晶复合材料在燃料电池和金属空气电池等领域具有巨大的应用潜力。     

Engineering oxygen vacancy-rich Co3O4 nanowire as high-efficiency and durable bifunctional electrocatalyst for overall alkaline water splitting

A novel kind of vacancy-rich nanowire arrays were prepared by reducing rough Co₃O₄ nanowires with NaBH₄ solution on 3D nickel foam at room temperature for overall water splitting. Co₃O₄/NF treated by NaBH₄ for 10 min was highly active for oxygen evolution reaction (OER) and simultaneously efficient for hydrogen evolution reaction (HER) with the need of the overpotentials of 240 and 132 mV to drive 10 mA·cm^-2 in alkaline media, respectively. Furthermore, the electrocatalysts as both cathode and anode in a two-electrode system presented excellent durability for over 60 h at 10 mA·cm^-2, maintaining the cell voltage of merely 1.63 V. This work provides new methods and ideas for the preparation of transition metal oxide bifunctional electrocatalysts rich in oxygen vacancies.     

富氧空位Co3O4纳米线的制备及其电解水性能研究

在室温下利用NaBH₄溶液还原Co₃O₄纳米线获得富含氧空位（V_O）的三维自支撑纳米线阵列用作全水解电催化剂，其中NaBH₄处理10 min的Co₃O₄/NF在碱性介质中对析氧反应（OER）和析氢反应（HER）表现出很高的活性，在10 mA·cm^-2电流密度下分别仅需240和132 mV的过电位。V_O-Co₃O₄/NF同时作为阴极和阳极电催化剂时，在10 mA·cm^-2下电解水槽电压仅为1.63 V，其耐久性可达60 h以上。该工作为富含氧空位结构的过渡金属氧化物双功能电催化剂的制备提供了新的方法和思路。