MOF衍生的磷化钴纳米纤维用于电催化氧析出和氢析出反应（英文）

高性能催化剂的开发和利用是能源领域的研究热点,其中制备具有高活性面积的一维纳米催化剂是目前的难点.本研究以金属有机框架(MOF)复合纤维为前驱体,通过热处理-磷化过程制备了具有氧析出(OER)和氢析出(HER)双功能特性的CoP纳米纤维.该MOF衍生策略也可以用来制备其他一维纳米材料,如Co₃O₄纳米纤维、Co/C纤维和CoP/C复合纤维.研究表明,CoP纳米纤维的直径约100 nm,长度可达几微米,具有较高的活性面积.通过Cu掺杂改性可以提高CoP纳米纤维的催化活性,碱性条件下测得其对OER和HER的过电位分别为330和170 mV,可与商业的贵金属催化剂相媲美.该工作也为一维双功能电极催化剂的制备及功能化提供了研究基础.     

Co2Ni1O4/不锈钢复合材料的制备及其电催化析氧性能

电解水包括析氢反应(HER)与析氧反应(OER),由于OER是复杂的4电子转移过程,制作出具有优异耐久性的高活性的非贵金属OER电催化剂对于电解水至关重要。为了降低成本,选择304型不锈钢网(SS)作为基体,使用电沉积的方法制备钴-镍双氢氧化物,利用真空煅烧的方法制备钴-镍氧化物。使用XRD、SEM、TEM、XPS和电化学工作站对Co₂Ni₁O₄/SS复合材料的晶体结构、形貌和电催化OER性能进行了研究。结果表明:电沉积制备的钴-镍双氢氧化物煅烧之后转变成尖晶石结构的钴-镍氧化物;在不锈钢表面成功合成了大量密集的层状结构;在1.0 mol/L KOH电解液中,Co₂Ni₁O₄/SS电极表现出优异的OER电催化性能,达到10 mA·cm?2电流密度时所需要的过电位仅为240 mV,Tafel斜率为53.92 mV·dec?1,并且表现出优异的稳定性。      

高电导率银纳米线@聚吡咯@CoNi气凝胶的制备及其电催化析氧性能

针对传统贵金属析氧反应(OER)电催化剂的电导率较低、催化活性较差、成本高等问题,开发高效耐久、低成本且具有高暴露活性表面和优良导电性的电催化剂已迫在眉睫.通过冷冻干燥法合成银纳米线@聚吡咯(AgNWs@PPy)气凝胶,然后使用溶剂热法在AgNWs@PPy气凝胶骨架表面生长纳米CoNi合金,获得了OER电催化性能良好的...     

MoS2/MoxN异质结构的制备及其电催化析氢性能研究

二硫化钼纳米片(MoS₂)是一种有望取代贵金属材料、非常有前景的电催化析氢材料。MoS₂不足在于导电性较差，析氢反应(HER)能垒较高。为了克服这一缺点，我们引入制备简单、导电性良好的Mo₂N作为基体。通过水热法，将MoS₂纳米片均匀生长在Mo₂N颗粒表面，一方面增加了材料导电性，另一方面MoS₂与Mo₂N形成MoS₂/Mo_xN异质结构有效增强水分子的解吸，从而提高HER性能。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学工作站对MoS₂/Mo_xN进行结构、形貌以及性能的表征。实验结果表明，MoS₂纳米片均匀生长在Mo₂N颗粒表面，形成异质结构，水热12 h所得材料性能最佳。以MoS₂/Mo_xN作为工作电极，碳棒与Ag...     

MoS2/MoxN异质结构的制备及其电催化析氢性能研究

二硫化钼纳米片(MoS₂)是一种有望取代贵金属材料、非常有前景的电催化析氢材料。MoS₂不足在于导电性较差，析氢反应(HER)能垒较高。为了克服这一缺点，我们引入制备简单、导电性良好的Mo₂N作为基体。通过水热法，将MoS₂纳米片均匀生长在Mo₂N颗粒表面，一方面增加了材料导电性，另一方面MoS₂与Mo₂N形成MoS₂/Mo_xN异质结构有效增强水分子的解吸，从而提高HER性能。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学工作站对MoS₂/Mo_xN进行结构、形貌以及性能的表征。实验结果表明，MoS₂纳米片均匀生长在Mo₂N颗粒表面，形成异质结构，水热12 h所得材料性能最佳。以MoS₂/Mo_xN作为工作电极，碳棒与Ag...     

MoS2/MoxN异质结构的制备及其电催化析氢性能研究

二硫化钼纳米片(MoS₂)是一种有望取代贵金属材料、非常有前景的电催化析氢材料。MoS₂不足在于导电性较差，析氢反应(HER)能垒较高。为了克服这一缺点，我们引入制备简单、导电性良好的Mo₂N作为基体。通过水热法，将MoS₂纳米片均匀生长在Mo₂N颗粒表面，一方面增加了材料导电性，另一方面MoS₂与Mo₂N形成MoS₂/Mo_xN异质结构有效增强水分子的解吸，从而提高HER性能。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学工作站对MoS₂/Mo_xN进行结构、形貌以及性能的表征。实验结果表明，MoS₂纳米片均匀生长在Mo₂N颗粒表面，形成异质结构，水热12 h所得材料性能最佳。以MoS₂/Mo_xN作为工作电极，碳棒与Ag...     

原子级Co掺杂纳米多孔RuO2催化剂中金属-氧配体键的动态收缩加速酸性氧析出反应(英文)

设计在酸性介质中具有高活性和高稳定性的氧析出反应(OER)催化剂对能量转换和储存技术的发展具有重要意义.然而,在实际OER条件下催化剂的原子结构会发生变化,且目前对其动态活性结构的认识仍然不足.本文中,我们通过退火和蚀刻纳米多孔Co-Ru合金合成了具有优异酸性OER活性和稳定性的原子级Co掺杂纳米多孔Ru O₂催化剂.原位X射线吸收光谱证实:蚀刻策略可以在原子级Co掺杂纳米多孔Ru O₂的金属中心周围产生丰富的氧空位,从而在实际OER条件下产生收缩的金属-氧配体键.这种动态结构演变降低了催化活性位点在OER过程中的动力学势垒,因而催化剂的催化活性和稳定性大幅提高.本研究结果揭示了催化剂活性结构的原子细节以及它们的结构演化对催化活性的影响.     

电化学法制备Co(OH)2/Cu(OH)2异质结电极及其作为析氧电催化剂的研究

贵金属IrO₂和RuO₂被广泛认为是优异的析氧(OER)催化剂，但是高成本限制其应用与发展，故开发高效的非贵金属OER催化剂具有重大的实际意义和应用前景。采用简便的电化学法制备了一种三维异质结电极Co(OH)₂/Cu(OH)₂作为优良的OER催化剂。Co(OH)₂/Cu(OH)₂由于其三维异质结构，使其具有较大的比表面积和充足的活性位点，同时调节了表面Co的电子结构进而提高OER活性，表现出优良的催化性能。在1mol/L KOH溶液中，Co(OH)₂/Cu(OH)₂能在270mV的低过电位下达到10mA/cm²,并且能保持在100mA/cm²的大电流密度下较长时间进行OER反应，是一种优良的OER催化剂。     

电化学刻蚀制备表面纳米多孔NiMoCu电解水析氢催化剂

电解水制氢是一项制取绿色氢能的重要技术,开发高催化活性的催化剂作为电极材料是当前的研究热点。电解水反应包括阴极的析氢反应和阳极的析氧反应,以Ni₇₄Mo₆Cu₂₀三元合金条带为前驱体,采用电化学脱合金技术制备了一种用于析氢反应的表面纳米多孔NiMoCu电解水析氢催化剂,并采用扫描式电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪等设备对材料的物理化学特性进行了表征。结果表明：所制备的纳米多孔NiMoCu电极材料在1mol/L KOH溶液中具有良好的析氢性能,仅需要90mV、227mV的过电位就能达到10mA/cm²、100mA/cm²的电流密度。     

NiCoMo层状双氢氧化物纳米催化剂的制备及其电催化析氧性能研究

以泡沫镍(NF)为基底，通过一步水热法制备不同镍钴比的层状双氢氧化物(NiCoMo-LDH/NF)纳米催化剂，并借助X射线衍射和扫描电镜对催化剂的物相和形貌进行表征分析，研究催化剂元素组分调控对其电催化性能的影响。通过元素组分的调控，改变催化剂的显微结构，当Ni∶Co=1∶2(摩尔比，下同)时，Ni₁Co₂Mo-LDH/NF催化剂密集的纳米片结构，有利于活性位点的暴露和中间体吸脱附，以及电荷的快速传输，进而促使析氧反应的进行。电化学测试表明，在1mol/L KOH溶液中，电流密度达到10mA/cm²时，Ni∶Co=1∶2的纳米材料过电势仅为266mV,塔菲尔斜率为82.45mV/dec。此外，经12h的时间-电流稳定性测试后，材料的催化性能和形貌未有明显改变。可见，当Ni∶Co=1∶2时，材料表现出优异的催化活性和稳定性。     

自支撑NiMoP@NiFeP异质结电极的制备及其电催化析氧性能研究

析氧反应(OER)是水分解一个重要的半反应,开发高效稳定的非贵金属基电催化剂用于大规模产氢仍面临巨大挑战。采用水热和低温磷化的方法在泡沫镍(NF)上原位构筑了NiMoP@NiFeP/NF复合电极。利用扫描电子显微镜(SEM),X射线光电子能谱(XPS)等对所制备电极的微观形貌和组成电极元素的价态进行表征。此外,通过电化学测试表明,NiMoP@NiFeP/NF电催化剂在1 mol/L KOH电解液中驱动100 mA/cm²的电流密度仅需246 mV的过电势,塔菲尔斜率为54.6 mV/dec,且至少能保持20 h的稳定性。为制备非贵金属基的催化剂,用于能源的存储和转换提供了一种有效途径。     

Mo掺杂α-MnO2电催化析氧反应的理论研究

析氧反应(Oxygen Evolution Reaction, OER)在解决能源短缺和环境问题中扮演了重要角色, 但需要巨大的过电位克服缓慢的动力学势垒, 因此开发高效电催化剂成为不可或缺的一步。本工作应用密度泛函理论研究了α-MnO₂(001)和Mo掺杂α-MnO₂(001)的电催化析氧反应性能, 根据反应路径计算了吉布斯自由能、态密度和差分电荷密度。研究结果表明Mo掺杂可以有效调节α-MnO₂(001)面的电子结构, 改善中间物和催化剂之间的脱吸附能力, 为OER提供更多的电子。吉布斯自由能结果表明Mo掺杂α-MnO₂(001)体系中*OOH生成O₂是发生OER的决速步骤, Mo掺杂降低了过电位, 产生的过电位为1.01 V, 表现出良好的析氧催化性能。     

ZnO增强MxCo3-xO4电催化析氧性能研究

氢能因热值高、燃烧产物无污染等优良特性,成为目前新型能源研究的焦点,有望成为化石能源的理想替代品。电催化水分解作为最具前景的氢气制备方法,包含两个半反应:析氧反应(OER)和析氢反应(HER)。其中OER目前主要采用贵金属作为催化剂,但其高成本极大地限制了电催化产氢的工业化。基于Co 3O 4的Co基掺杂氧化物具有成本低廉、催化活性高且稳定性强等优良特性。目前对于Co基掺杂氧化物的研究主要集中于探究掺杂不同金属元素(Zn,Ni,Fe等)对其催化活性的影响,极少研究掺杂惰性氧化物对其催化活性的影响。合成了一种CoFeNiZn复合氧化物,且具有优良的电催化活性和稳定性。在1 mol/L KOH的电解液中,10 mA/cm 2的电流密度下,CoFeNiZn复合氧化物过电势(η10)为310 mV,塔菲尔斜率(Tafel slope)为40 mV/dec,相比原始CoFeNi氧化物(η10为400 mV)过电势降低了90 mV。CoFeNiZn催化剂催化性能的提高主要是由于以惰性ZnO作为基质可有效地分散催化活性物质,并充分暴露CoFeNi氧化物的催化活性位点。这一基于催化材料掺杂非活性物质提高催化剂催化活性的发现可以为现有催化剂开发提供新的思路。     

模板法制备非晶态CoFe(OH)x的电催化材料的研究

开发具有高效、持久活性析氧反应(oxygen evolution reaction, OER)的过渡金属电催化剂对于清洁制氢生产有重要意义。利用模板法制备非晶态的二元金属氢氧化合物CoFe(OH)_x。利用X射线粉末衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、激光拉曼共聚焦显微镜拉曼光谱仪(Raman)对催化剂的相结构和微观形貌等进行表征，标准三电极的电化学系统在饱和N₂气氛的1 mol/L KOH碱性溶液中，考察催化剂在析氧反应中催化性能。得益于非晶态结构存在大量缺陷和反应活性位点以及金属间的协同作用，通过电化学测试CoFe(OH)_x/65在电流密度在10 mA/cm²下，过电位为288 mV;此外，其稳定运行14 h内无明显削弱，表现出良好的OER稳定性。     

界面工程用于提高CoP-Co2P多晶型物在全pH值析氢反应和碱性全解水反应中的电催化性能(英文)

开发具有丰富活性位点和高本征活性的磷化钴催化剂,用于高效且稳定的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)具有重要意义.本工作通过精准地控制球形膦酸钴的热还原温度合理地构建了新型的碳包裹的CoP-Co₂P多晶型物.独特的多级孔结构和CoP-Co₂P之间的异质界面不仅提高了活性位点的数量,而且还保证了优异的内在催化活性.所制备的催化剂展现出优异的电催化活性和稳定性(对于全pH值H E R(0.5 mol L~(-1H₂SO₄:81 mV@10 mA cm^-2; 1.0 mol L^-1KOH:109 mV@10 mA cm^-2; 1.0 mol L^-1PBS:227 mV@10 mA cm^-2)和碱性OER(1.0 mol L^-1KOH:1.53 V@10 mA cm^-2)).在作为双电极电解槽中全解水反应的双功能电催化剂时,该材料可以在1.60 V的低电...     

二硫化钼在电催化析氢反应中的应用进展

氢气因清洁和可再生等优点，被认为是一种具有发展前景的清洁能源，在未来替代传统化石燃料的可再生能源体系中具有重要地位。电化学分解水是一种高效且环境友好的制氢途径，在电解水制氢技术的发展中，高效电催化析氢催化剂的作用显得尤为重要。二硫化钼(MoS₂)具有较低的析氢吉布斯自由能及耐酸碱腐蚀等优点，因此，MoS₂作为高效的电催化析氢催化剂一直是研究热点。阐述了MoS₂的电催化析氢机理，综述了不同形貌MoS₂在电催化析氢中的应用，通过对MoS₂电催化剂进行改性来优化其催化活性。研究表明通过改善MoS₂边缘位点的催化活性、增加活性位点的数量等方法能够极大地改善MoS₂电化学析氢过程中的催化活性。     

单原子铁在硫化钼上的组装及电催化析氢

贵金属Pt具有最高的析氢活性，但其高昂的价格限制了大面积推广应用。因此，研究开发高活性、低成本的析氢电催化材料，对发展氢能产业具有重要意义。利用二步水热反应法成功制备单原子铁-硫化钼(Fe-MoS₂)电催化材料，并采用X-射线粉末衍射(XRD)、高角环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)成像技术、能量色散X射线光谱(EDX)、电子能谱测定(XPS)对Fe-MoS₂进行了表征。XRD结果表明，所制备Fe-MoS₂样品的粉末衍射曲线与晶态2H-MoS₂的标准卡(JCPDS 37-1492)相一致，表明Fe-MoS₂与2H-MoS₂具有相同的晶型结构；球差电镜分析表明，铁单原子均匀分布于MoS₂表面；EDX与XPS分析进一步表明铁单原子存在于MoS₂结构中。采用线性扫描伏安(LSV)法研究了Fe-MoS₂的析氢性能。结果表明，最佳条件下制备的Fe-MoS₂,其析氢...     

Pd/PMo12-GN复合膜的制备及其对甲酸氧化的电催化性能

以紫外光还原法将氧化石墨(GO)还原成石墨烯(GN), 同时将磷钼酸(PMo₁₂)修饰到石墨烯上, 形成磷钼酸功能化的石墨烯PMo₁₂-GN, 并以此为基底利用电化学还原法制备了Pd/PMo₁₂-GN复合膜催化剂。运用X射线粉末衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜、透射电镜等对复合膜的组成、结构、形态进行表征, 结果表明: 实验成功制备了Pd/PMo₁₂-GN复合膜催化剂, 且Pd颗粒均匀分散在PMo₁₂-GN基底上。采用CV、计时电流法、CO溶出伏安法、交流阻抗法等电化学方法研究了Pd/PMo₁₂-GN复合膜的电催化性能。研究结果表明: 制备的复合膜催化剂对甲酸氧化反应的催化活性、催化稳定性、抗CO毒化能力和电子传递能力显著优于商品化的Pd/C催化剂。Pd/PMo₁₂-GN复合膜电催化性能的提高主要是由于Pd纳米颗粒在PMo₁₂-GN基底上均匀分散, 以及PMo₁₂的强氧化能力从而使钯表面一氧化碳等中间产物能迅速氧化去除。     

氮掺杂碳负载表面部分暴露的CoFe2O4用于高性能催化析氧反应

开发价格低廉、储量丰富、高效的析氧反应(OER)电催化剂对于可持续能源的转换具有重要意义。目前,虽然尖晶石型二元过渡金属氧化物表现出了很有潜力的OER活性,但其固有的低电导率一定程度上降低了其电化学性能。本文提出了一种通过金属有机框架(MOF)辅助合成表面部分暴露的CoFe₂O₄纳米颗粒负载在氮掺杂碳基底上(CoFe₂O₄@NC)的方法,且CoFe₂O₄@NC具有优良的催化活性。在碱性介质中,CoFe₂O₄@NC表现出了优异的OER活性,在10 mA·cm^-2电流密度的过电势仅为1.517 V,Tafel斜率为87 mV·dec^-1,这是由于CoFe₂O₄@NC具有足够暴露的活性位点和较高的电子转移能力。此外,CoFe₂O₄@NC能稳定运行15 h,具有出色的稳定性。该工作将为探索经...     

电纺碳基纤维材料电催化水分解制氢

电解水制氢是由阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)组成。由于HER和OER所需的过电位高,反应动力学迟缓,导致电解水槽电压远高于理论平衡电压,电能消耗严重。因此,探索高效、稳定的非贵金属基电催化剂具有重要的研究意义。利用静电纺丝技术构筑的纤维材料因其较大的比表面积、独特的化学结构、易于调节的组分以及快速的电子和物质传输性能而被广泛应用在能源转化与存储领域。基于此,综述了近几年电纺碳基纤维材料在电催化水分解制氢中的研究进展,重点关注了静电纺丝技术制备的纳米纤维电催化剂用于HER、OER以及作为双功能催化剂在全水分解中产生高催化性能的优势,并对电纺材料在电催化水分解中的应用特点及其未来可能面临的挑战和发展趋势进行了展望。