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)前驱体低了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.     

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。     

二维多孔NiCoS催化剂的制备及其电解水析氧性能

开发低成本、高活性和高稳定性的非贵金属催化剂对电解水析氧反应(OER)具有重要意义。以双金属NiCo-MOF为前驱体、硫代乙酰胺为硫原，制备出二维多孔双金属NiCoS纳米材料。采用SEM、TEM、XRD和XPS分析所合成材料的形貌、结构；利用电化学工作站研究其电解水析氧性能。结果表明调整水热硫化时间可以调控NiCoS纳米片的孔结构，其中二维多孔NiCoS-6催化剂在1.0 mol/L氢氧化钾电解质中的电解水析氧性能较好，电流密度为50 mA·cm^-2时，过电位仅为344 mV。     

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。     

NiFeSx/NF纳米片的制备及电解水性能研究综合教学实验设计

为了开阔学生的科学视野,加深学生对于催化剂以及电催化反应的理解,本文设计了在泡沫镍(NF)上原位生长硫化镍铁(NiFeS_x/NF)纳米片的实验,研究了硫化镍铁结构与电解水性能之间的关系。结果表明,NiFeS_x/NF可以作为一种高性能的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)双功能电催化剂,具有优异的催化活性和稳定性。该实验将科研工作与学生实验教学相结合,培养了学生的科学精神、创新思维意识和创新能力,激发了学生的科研兴趣。     

普鲁士蓝钠离子电池正极材料高收率合成过程及性能

用高氯酸盐前躯体制备普鲁士蓝(PB)材料,考察了合成过程中前驱体成分、溶液温度、钠盐添加量及杂质含量对材料性能的影响. 结果表明,氯化亚铁作铁源时,不清洗的普鲁士蓝产物中含NaCl杂质,电化学性能明显低于经多次清洗的产物;高氯酸亚铁作铁源时,不清洗直接收集的普鲁士蓝产物初始放电容量略低于清洗产物,但长期循环稳定性更好,免清洗工艺可明显提高普鲁士蓝材料的收率,少量高氯酸钠杂质存在提高了材料的循环性能.     

氧化锰电催化析氧反应及其电极界面特性

析氧半反应是速控步骤。氧化锰（MnO_x）具有多价态,可形成多个子步骤降低活化能。二氧化钛（TiO₂）是抗氧化性半导体。考察两种氧化锰催化剂析氧性能,即滑动弧等离子体合成MnO_x（pM）和商业化（cM）,与商业化TiO₂ （cT）比较。通过理想极化电极系统（IPE）解析,表达电极界面特性,揭示三相界面与活性的关联。结果表明：对两种MnO_x 催化剂,pM比cM性能更优。碱性环境中,前者起始电位低180 mV,Tafel斜率近半。酸性中,均表现阶跃式极化,析氧性能相近。cM比cT催化剂析氧性能更优,起始电位低420 mV。溶液电阻R_s与活性变化趋势一致。对相同催化剂,考察I/C、担量、单双层结构,电容压降占比f_Cd与活性一致。对不同催化剂,考察cM, cT或pM, cM,f_Cd与活性不一致,这与多价态锰参与非法拉第过程有关。     

M-N-C阴极催化剂的制备及其在微生物燃料电池中的应用

以聚苯胺和硝酸盐为前驱体,采用热处理法制备了M-N-C（M=Fe,Co）材料,并将其作为厌氧流化床微生物燃料电池（AFBMFC）阴极催化剂。通过X射线衍射（XRD）、红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）对催化剂进行晶型结构和表面形貌的表征。采用循环伏安法（CV）对催化剂的电化学性能进行考察,并应用于AFBMFC,考察了其对电池产电性能的影响。结果表明,使用Fe-N-C催化剂的微生物燃料电池稳定运行时,开路电压达到636.0 mV,功率密度达到166.82 mW·m^-2,比使用Pt/C催化剂的微生物燃料电池的功率密度提高10%。表明Fe-N-C催化剂用做微生物燃料电池阴极催化剂具有潜在的应用前景。     

Fe掺杂NiO/NiSe_2空心纳米球的制备及其析氧性能研究

采用沉淀法制备铁掺杂镍碳酸盐纳米球前驱体,并对其进行硒化处理,得到性能优异的铁掺杂的氧化镍和硒化镍的混合物(Fe-NiO/NiSe_2)电催化剂。利用XRD、XPS、TEM、FESEM等手段对材料的结构和组成进行表征,并对其进行了电化学性能测试。结果表明,Fe-NiO/NiSe_2电催化剂材料具有优异的析氧性能,在1. 0 mol/L KOH电解液中,在10 m A/cm2电流密度下所需过电势仅为323 m V,并具有显著的长期稳定性,作为析氧反应催化剂具有很好的应用前景。     

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。     

Co2P4O12/NF纳米线阵列的制备与电解水性能研究

以CoCl₂·6H₂O为原料,通过溶剂热法和磷化工艺在泡沫镍表面构建Co₂P₄O₁₂阵列,Co₂P₄O₁₂纳米线直径约200 nm。采用SEM、TEM和XRD进行形貌和晶体学特性表征,并利用三电极体系在碱性环境下测量电化学性能。在析氢过程中,只需要122 mV过电位就能达到10 mA·cm^-2电流密度。析氧过程中,仅需要334 mV的过电位就能达到15 mA·cm^-2电流密度。组装的电解池在15 mA·cm^-2的电流密度下工作40 h后电解槽电压没有发生明显变化,展现出很好的稳定性。Co₂P₄O₁₂/NF是一种有潜力的双功能催化剂。     

Nickel-carbonate nanowire array: An efficient and durable electrocatalyst for water oxidation under nearly neutral conditions

It is highly attractive but still remains a great challenge to develop an efficient electrocatalyst for oxygen evolution reaction under nearly neutral conditions. In this work, we report the transformation of Ni₃S₂ nanowire array on nickel foam into the amorphous nickel carbonate nanowire array on nickel foam (NiCO₃/NF). The resulting NiCO₃/NF shows high electrocatalytic activity towards water oxidation and affords current density of 50 mA·cm⁻² at overpotential of 395 mV in 1.0 mol·L⁻¹ KHCO₃. Moreover, this NiCO₃/NF is also durable with a long-term electrochemical durability of 60 h. This catalyst electrode achieves a high turnover frequency of 0.21 mol O₂·s⁻¹ at the overpotential of 500 mV.     

Controllable preparation of Ti/TiO2-NTs/PbO2–CNTs–MnO2 layered composite materials with excellent electrocatalytic activity for the OER in acidic media

High oxygen evolution overpotential and low corrosion resistance are the main challenges for oxygen evolution materials in acidic media. In this study, a novel composite material, Ti/TiO₂-NTs/PbO₂–CNTs–MnO₂, with high oxygen evolution electrocatalytic activity was successfully prepared. First, TiO₂ nanotubes (TiO₂-NTs) were synthesized in situ on a Ti sheet via anodization and used as an intermediate layer. Subsequently, the adhesion and conductivity of the TiO₂-NTs layer were increased through additional anodization, annealing, and electrochemical reduction. Finally, PbO₂ was electrodeposited with a constant current in a lead acetate medium and doped with carbon nanotubes (CNTs) and MnO₂. The surface morphology, phase composition, and electrochemical performance of the composite materials were investigated. Notably, in an acidic electrolyte (150 g/L H₂SO₄), Ti/TiO₂-NTs/PbO₂–CNTs–MnO₂ exhibited good stability (30 h) and a low oxygen evolution overpotential of 410 mV at 50 mA/cm², which is almost equivalent to that of precious metals (RuO₂ and IrO₂) and 499 mV lower than that of the industrial Pb–0.76 wt% Ag alloy. The outstanding performance is mainly attributed to the high aspect ratio of the TiO₂-NT structure, synergistic effects of the active particles, and inherently good electrochemical properties of the active particles. Therefore, this study provides a new synthetic route for oxygen evolution materials in acidic media.     

In-situ growth of novel CNTs-graphene hybrid structure on Ni-silica nanocomposites by CVD method for oxygen evolution reaction

Carbon nanostructures are ideal materials for electrochemical reactions like oxygen evolution reaction (OER) due to excellent electrical conductivity, resistance to strong acidic as well as basic conditions and conductive support material for transition metals. In this work we have synthesized multiwalled carbon nanotubes MWCNTs along with graphene growth in-situ by CVD method at 650 °C on nickel-silica nanocomposites for OER in alkaline medium. After removal of silica, our material exhibited comparable OER performance with that of commercial Iridium supported carbon i.e. Ir/C (20 wt % Ir) electrocatalyst. The OER performance is attributed to the defective nature of MWCNTs in the form of surface discontinuities found on rolled graphene layers of carbon nanotubes along with MWCNTs-graphene interfaces which presumably contain dangling bonds as active sites for OER. The overpotential at current density of 10 mA/cm² exhibited by MWCNTs-graphene hybrid carbon nanostructured material was 310 mV in 1 M KOH solution at scan rate of 5 mV/s while commercial Ir/C material revealed overpotential of 305 mV under similar conditions.     

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.     

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。     

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。