螺线型碳纳米纤维基整体式催化剂活性载体

本工作采用一种简便的一步化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)法，在泡沫镍基底上直接生长螺线形碳纳米纤维（CNFs/NF）作为对析氧反应有活性的整体式催化剂载体。在1 mol/L KOH为电解质溶液的三电极电解池中，与 CNFs/NF电极材料电化学表面积(ECSA)成正比的的双层电容Cdl值达到13.69 mF/cm2。通过循环伏安法，电化学阻抗谱和线性扫描伏安曲线等电化学手段，验证了CNFs/NF适于做具有析氧反应活性的催化剂载体。CNFs/NF需要260 mV，385 mV的析氧反应过电势以实现10 mA/cm2和100 mA/cm2的电流密度。     

螺线形碳纳米纤维基整体式催化剂活性载体

以乙炔为原料,采用一步化学气相沉积法在泡沫镍(NF)基底上制备了覆盖碳纳米纤维(CNFs)的整体式催化剂载体(CNFs/NF).采用SEM、TEM、XRD、Raman、XPS对CNFs/NF进行了表征,在1 mol/L KOH溶液中使用线性扫描伏安法、循环伏安法、电化学阻抗谱对其电化学性能进行了测试.结果表明,螺线形碳...     

多孔普鲁士蓝类似物的合成及电催化析氧性能

采用一种简单易行的共沉淀法合成了前驱体镍铁普鲁士蓝类似物NiFe-PBA（NF）,然后通过溶剂热处理获得了镍铁普鲁士蓝纳米多孔材料（NFP）。通过XRD、SEM、TEM、XPS、BET及电化学方法对所得材料进行了结构表征和析氧性能测试。结果表明,NFP相对于前驱体NF,电化学比表面积增大、催化活性位点增多,电催化析氧反应（OER）性能显著提高。在浓度1 mol/L KOH水溶液中,达到10 mA/cm2电流密度时,NFP所需过电位仅为260 mV,比NF（320 mV）前驱体低18.75%,也优于大多数已报道的非贵金属催化剂和商用贵金属催化剂,显示出良好的应用前景。     

质子交换膜水电解一体化析氧电极载体催化剂

以氯铱酸为前体,钛网为支撑体,二氧化钛为载体,采用浸渍-热分解法首次成功制备了一体化IrO₂-TiO₂/Ti析氧电极,进一步采用热压法制备膜电极(MEA)。综合扫描电镜(SEM)、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)以及单池极化曲线测试,研究了载体对于析氧电极形貌以及性能的影响。结果表明:未加入载体二氧化钛的析氧电极表面以裂缝为主,孔隙率较低;而加入载体二氧化钛的析氧电极表面裂纹基本消失,取而代之的是大量的催化剂簇以及孔结构的生成,极大地提高了析氧电极的电催化活性。单池测试表明,电流密度为1000mA/cm²时,添加载体二氧化钛后制备的析氧电极的析氧电位大约是1.70V。     

金属有机骨架衍生的自支撑Co9S8/Ni3S2纳米片阵列用于高效电催化分解水性能研究

采用简单、可控的阳离子交换法和水热法在导电基底上成功构筑了具有自支撑纳米片阵列结构的Co_9S_8/Ni_3S_2电催化剂,在碱性电解液(1 mol/L KOH)中,采用三电极体系分别研究了Co_9S_8/Ni_3S_2的电催化析氧和析氢性能。在析氧性能测试中,Co_9S_8/Ni_3S_2/NF电催化剂获取50、100 mA/cm~2的催化电流密度所需要的过电位仅为230、280 mV。而在析氢性能测试中,Co_9S_8/Ni_3S_2/NF电催化剂获取-100 mA/cm~2的催化析氢电流密度所需的过电位仅为129 mV,同时该催化剂表现出了优异的电催化稳定性,其优异的电催化性能归因于其自支撑纳米片阵列结构,可提供更多的活性位点。     

氧化石墨烯生长钨基氧化物酸环境电催化析氢

为了解决商用铂碳电极在电催化析氢反应（HER）领域生产成本高、催化剂使用周期短等问题，利用磷钨酸提供钨源，以单层氧化石墨烯（GO）作为载体，引入利于电子传输轨道的碳纳米管（CNTs），通过一步水热法和空气中煅烧制备得到WO3-rGO-CNTs纳米异质结电催化剂。利用FT-IR、XRD、XPS、TG、SEM、EDAX、TEM和BET对WO3-rGO-CNTs的化学结构和物理形貌进行了表征。结果表明，在单层GO表面均匀生长WO3晶体，并引入CNTs后，纳米异质结WO3-rGO-CNTs在酸性电解质中表现出优异的HER催化活性。利用线性伏安法（LSV）和循环伏安法（CV）对WO3-rGO-CNTs进行HER测试，当电流密度为10 mA/cm2时，其过电势为218 mV；塔菲尔斜率为130.5 mV/dec。当过电势为-0.5 V vs. RHE时，其阻抗值为8.2 Ω。同时，WO3-rGO-CNTs纳米异质结可以在218 mV（电流密度为10 mA/cm2）过电势下，保持50 h的稳定性和耐久性；其双层电容值为1.2 mF/cm2。电化学数据表明，WO3与GO和CNTs间由于异质结构的存在，产生了协同效应：GO为WO3晶体提供了广阔的金属反应活性位点，而CNTs则提供了利于电子传输的活性轨道。     

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。     

多层级孔结构氮掺杂硫化镍的电化学制备及高效产氢研究

利用简易方法制备同时具有丰富活性位点和优异本征活性的硫化镍电催化剂以实现高效电解水产氢对于可持续的氢能经济至关重要。利用简单两步电化学沉积法在泡沫镍基底上构建出一种新型的具有多层级孔结构的氮掺杂硫化镍电催化剂(Ni-S-N/Ni/NF)。该Ni-S-N/Ni/NF催化剂不仅拥有大量活性位点并且展现出增强的本征活性，在1 mol·L^-1氢氧化钾电解液中表现出优异的析氢性能，仅需84 mV过电位即可实现10 mA·cm^-2的电流密度。该工作有望为高性能硫化镍催化剂的制备提供有益借鉴。     

新型析氧电催化剂IrO_2/ATO的高效制备及性能

固态聚合物电解质(SPE)水电解是前景光明的氢能技术,但尚缺乏性能稳定的析氧电催化剂。研究了以氧化锡锑(ATO)为载体的Ir O2催化剂高效制备新方法。采用SEM、TEM、XRD以及XPS等手段表征和分析了所得催化剂的表面形貌、晶体结构以及表面元素组成。运用循环伏安、准稳态极化曲线、电化学交流阻抗谱以及计时电流法等电化学方法研究了催化剂材料的电化学催化析氧性能以及催化剂载量的影响。结果表明,新制备方法得到的Ir O2/ATO催化剂材料1.6 V时的析氧电流密度为105 m A·cm-2。并且在酸性介质和1.5 V下催化剂的析氧电流密度衰减速率为1.687×10-2(m A·cm-2)·h-1。提高催化剂的载量使电极析氧反应表观电流密度显著增加,尽管单位质量Ir产生的电流会有所降低。     

微量氯离子对氧化钌析氧性能的影响

电解水制氢是目前最具潜力的绿氢制备技术。众所周知，电解液中含有大量氯离子会降低催化剂的活性和稳定性从而导致电解水效率下降。然而，目前的研究并未涉及微量氯离子(μg/L)对于催化剂性能的影响。借助于循环伏安扫描法、伏安线性扫描法、电化学阻抗谱等手段，仔细研究了微量氯离子在酸性介质中对二氧化钌(RuO₂)析氧性能的影响，发现在含有极低浓度氯离子(μg/L)硫酸溶液中RuO₂的析氧反应活性和稳定性均有小幅度下降。     

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。     

Ag nanoparticles anchored on MIL-100/nickel foam nanosheets as an electrocatalyst for efficient oxygen evolution reaction performance

Metal-organic frameworks (MOFs) exhibit excellent application potential in the field of electrocatalysis.In this study,we first prepare MIL-100 nanosheets on nickel foam (MIL-100/NF) and then successfully anchor Ag nanoparticles (NPs) on the nanosheets (Ag@MIL-100/NF) for oxygen evolution reaction(OER) catalysis.This strategy dramatically improves the conductivity of MIL-100 and the Ag NPs are uni-formly dispersed on the nanosheets.The Ag@MIL-100/NF catalyst has excellent electrocatalytic perfor-mance and long-term corrosion resistance,with a low overpotential of 207 mV and a long-term stability of at least 100 h at a current density of 50 mA·cm-2.The experimental results demonstrate that this high OER catalytic performance is due to the improved charge transfer after loading Ag NPs,the com-bination of nanosheets and highly dispersed Ag NPs that expose more active sites and the adjusted chem-ical valence states of Fe and Ni in MIL-100.This work provides a surface decoration approach for the preparation of excellent catalysts directly used in the OER.     

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。     

Durability test with fuel starvation using a Pt/CNF catalyst in PEMFC

ABSTRACT: In this study, a catalyst was synthesized on carbon nanofibers [CNFs] with a herringbone-type morphology. The Pt/CNF catalyst exhibited low hydrophilicity, low surface area, high dispersion, and high graphitic behavior on physical analysis. Electrodes (5 cm2) were prepared by a spray method, and the durability of the Pt/CNF was evaluated by fuel starvation. The performance was compared with a commercial catalyst before and after accelerated tests. The fuel starvation caused carbon corrosion with a reverse voltage drop. The polarization curve, EIS, and cyclic voltammetry were analyzed in order to characterize the electrochemical properties of the Pt/CNF. The performance of a membrane electrode assembly fabricated from the Pt/CNF was maintained, and the electrochemical surface area and cell resistance showed the same trend. Therefore, CNFs are expected to be a good support in polymer electrolyte membrane fuel cells.     

Surface Modulation of 3D Porous CoNiP Nanoarrays In Situ Grown on Nickel Foams for Robust Overall Water Splitting

The careful design of nanostructures and multi-compositions of non-noble metal-based electrocatalysts for highly efficient electrocatalytic hydrogen and oxygen evolution reaction (HER and OER) is of great significance to realize sustainable hydrogen release. Herein, bifunctional electrocatalysts of the three-dimensional (3D) cobalt-nickel phosphide nanoarray in situ grown on nickel foams (CoNiP NA/NF) were synthesized through a facile hydrothermal method followed by phosphorization. Due to the unique self-template nanoarray structure and tunable multicomponent system, the CoNiP NA/NF samples present exceptional activity and durability for HER and OER. The optimized sample of CoNiP NA/NF-2 afforded a current density of 10 mA cm⁻² at a low overpotential of 162 mV for HER and 499 mV for OER, corresponding with low Tafel slopes of 114.3 and 79.5 mV dec⁻¹, respectively. Density functional theory (DFT) calculations demonstrate that modulation active sites with appropriate electronic properties facilitate the interaction between the catalyst surface and intermediates, especially for the adsorption of absorbed H* and *OOH intermediates, resulting in an optimized energy barrier for HER and OER. The 3D nanoarray structure, with a large specific surface area and abundant ion channels, can enrich the electroactive sites and enhance mass transmission. This work provides novel strategies and insights for the design of robust non-precious metal catalysts.     

一步水热法制备高效析氧3D花球阵列Co9S8/MoS2@TM催化电极

以四水合钼酸铵、六水合硝酸钴和硫脲为原料,采用一步水热法在钛网(TM)上原位构筑了不同阵列结构Co9S8/MoS2@TM催化电极.通过改变原料中钴、钼、硫的物质的量之比来调控Co9S8/MoS2@TM电极的结构.采用SEM、XRD和XPS对Co9S8/MoS2@TM进行物相分析和形貌表征,并在1 mol/L KOH电解...     

全pH范围下MoS2/Ni3S2/NF的高效电催化析氢行为

在全pH（0~14）范围下设计开发低廉、高活性的析氢电催化剂对新能源开发和利用具有重要实际意义。通过简单的溶剂热法在镍网（NF）上原位构筑了纳米线结构MoS2/Ni3S2/NF电催化剂，该催化剂在全PH范围下表现出优异的析氢（HER）活性。电化学测试结果表明，使用41 mg四硫代钼酸铵制得的MoS2/Ni3S2/NF-41电极,在电流密度10 mA/cm2时，其在碱性（1 moL/L KOH，pH=14）、中性（0.5 moL/L PBS，pH=7）和酸性（0.5 moL/L H2SO4，pH=0）介质中HER过电位分别为87、113和195 mV，并相应表现出较低的Tafel斜率。另外，SEM、TEM、EDX、XPS等表征手段表明该催化剂具有良好的结构稳定性。本研究为过渡金属硫化物在全pH环境下高效析氢提供了新途径。