Co3O4中钴空位的精确构筑来促进羟基氧化物的形成加速水氧化反应(英文)

缺陷位点的引入可以通过增加对反应中间体的亲和力来提高催化剂的催化能力.纳米材料中存在多种缺陷类型,如阳离子缺陷和阴离子缺陷.不同的缺陷位点对电催化性能的贡献不同.因此,构筑缺陷必须精准、明确,以便于确定最优的缺陷类型,促进电化学反应.在这项工作中,我们以钴空位为例,分别成功合成了二价钴空位(Co3O 4-VCo(II))和三价钴空位(Co₃O₄-VCo(III))的Co₃O₄.电化学结果表明,钴空位的引入可以显著提高Co₃O₄的电催化性能. Co₃O₄-VCo(II)表现出最突出的析氧反应(OER)性能,反应动力学速率最快. X射线光电子能谱分析表明,在OER过程中, VCo(II)的存在可以使CoOOH活性位点快速形成.密度泛函理论计算表明,钴空位的引入使Co₃O₄拥有类似金属的导电性. VCo(II)的存在使得O p带中心靠近费米能级,自由能势垒降低,电催化剂表面氧...     

纳米多孔MoNi/Al3Ni2材料制备及电催化析氢性能的研究

开发非贵金属高效电催化剂是降低电解水制氢成本的关键。通过激光直写技术以及脱合金在泡沫镍基底上制备了一种自支撑的纳米多孔MoNi/Al₃Ni₂催化剂。该催化剂的纳米多孔结构增加了催化反应的活性位点,MoNi和Al₃Ni₂之间的协同效应使催化剂在碱性介质(1 mol/L KOH)中表现出优异的析氢性能。电化学测试结果表明,Al含量为80%时制备的MoNi/Al₃Ni₂催化剂在10 mA/cm²的电流密度下,过电位仅为31 mV,且表现出良好的电化学长期稳定性,在10 mA/cm²的电流密度下,稳定催化析氢100 h以上,为工业电解水析氢用电催化剂的大规模制备提供了理论指导。     

新型Co3O4和WC共沉积β-PbO2电极用于锌电解沉积及电化学性能研究

采用复合电沉积技术在Pb-0.3wt%Ag/α-PbO₂基体上合成了WC和Co₃O₄颗粒共沉积的β-PbO₂复合沉积层。沉积行为研究发现,WC颗粒先于Co₃O₄颗粒吸附于基体上,将WC颗粒与Co₃O₄颗粒共沉积是一种抑制当Co₃O₄颗粒单独共沉积于β-PbO₂沉积层时发生团聚情况的有效方法。电极性能研究发现,WC或Co₃O₄颗粒的共沉积均会提高复合阳极的析氧电催化活性,此外,WC颗粒还有助于提高复合阳极的显微硬度和在Zn电解沉积溶液中的耐腐蚀性能。Co₃O₄颗粒的共沉积不利于β-PbO₂相的生长,WC颗粒的共沉积对β-PbO₂相的生长影响不大,两种颗粒同时共沉积有助于抑制酸性镀液中α-PbO₂相的生长。      

Ni/Co3O4花状电极材料的合成及其电化学性能与第一性原理研究

通过水热法制备了一种单质镍掺杂Co₃O₄(Ni/Co₃O₄)的粉末，用伏安特性循环法研究了其电化学性能，同时根据第一性原理从原子尺度和电子结构的角度探究了Ni和Co₃O₄的掺杂机理。首先合成Ni/Co₃O₄粉末；其次对合成的材料结构及性能进行XRD和SEM表征分析，研究不同钴源及同一钴源不同钴镍比对制备的镍Ni/Co₃O₄形貌的影响；最后在不同缺陷和不同掺杂的影响下，建立准确的材料性能预测模型，揭示了修饰电极掺杂改性的微观机理。结果表明，不同钴源均制备出了花状形貌的Ni/Co₃O₄复合材料，电化学性能测试得到其比电容为670F/g;第一性原理计算所得掺杂机理，揭示了电化学修饰的Ni/Co₃O₄复合电极较大提高了材料的导电性能。     

Co3O4@MnMoO4复合电极材料的制备及其超级电容性能研究

采用两步水热法制备了以泡沫镍作为基底的Co₃O₄@MnMoO₄复合材料,利用SEM、TEM、XRD、比表面积分析仪分别对材料的形貌、尺寸和结构与纯Co₃O₄纳米棒团簇进行了对比。在2.5 mAcm^-2的电流密度下,Co₃O₄和Co₃O₄@MnMoO₄作为电极时的比电容分别为436和663.75 F/g。与Co₃O₄纳米棒团簇相比,Co₃O₄@MnMoO₄复合材料具有更好的电容性能和良好的超级电容器应用潜力。这是由于其具有比Co₃O₄纳米棒团簇更高的电子/离子转移速率、更多的电活性反应位点和更大的电解质浸润面积。     

多维镍钴硫化物异质结电催化剂用于高效全水解（英文）

异质结构工程在高效全解水催化剂方面具有突出的应用前景.然而,生产廉价高效的双功能电催化剂仍然是一个巨大的挑战.因此,我们受构树启发,通过一种简单的方法在泡沫镍基体上合成了高催化活性和稳定性的Co₉S₈@CoNi₂S₄/NF异质结.该过程包括NiCo层状双氢氧化物在泡沫镍基体上的原位生长和原位衍生ZIF-67,并伴随S原子掺杂.所获得的Co₉S₈@CoNi₂S₄/NF多维度异质结包括一维纳米线、二维纳米片和纳米颗粒.优化的Co₉S₈@CoNi₂S₄/NF中硫含量为10%,在1.0 mol L^-1KOH溶液中,电流密度为10 mA cm^-2时,具有优异的电催化活性,其析氢和析氧过电位分别为68和170 mV,优于最近报道的过渡金属基电催化剂.该催化剂优异的催化性能主要归因于CoNi     

四氧化三钴的制备及在过氧化氢电化学传感器中的应用

以六水氯化钴、聚乙烯亚胺和辛胺为主要原料,通过水热法得到片状氢氧化钴(Co(OH)₂)前驱体,并进一步煅烧得到片状Co₃O₄电催化活性材料。采用滴涂法制备Co₃O₄/GCE修饰电极,通过循环伏安法和计时安培法对过氧化氢(H₂O₂)进行电化学检测分析,研究煅烧温度对所得到的Co₃O₄形貌以及H₂O₂检测性能的影响。结果表明：经200 ℃煅烧得到的Co₃O₄晶体为稳定的六方形片状结构,修饰电极200-Co₃O₄/GCE对H₂O₂检测表现出最高的响应电流值,该电极电流响应值与H₂O₂浓度在0.01～0.20 mmol/L范围内具有良好线性关系,检测限为6.53 μmol/L(S/N...     

分级FeCoNi磷化物的计量设计及其高效析氧性能（英文）

过渡金属磷化物是电催化设计中的新兴材料,而多元金属磷化物因其能显著提高电催化活性而备受关注.然而,由于不同种类金属前驱物之间水解和缩合速率的差异,当前有关超过两种金属元素和化学计量比精确控制的多元金属磷化物的报道非常少.因此,合理设计多元金属磷化物的组成对提高其催化性能具有重要意义.本工作通过直接磷化二价过渡金属离子氢氧化物的合成策略,制备了能够精确控制化学计量比(x:y:z=(1-10):(1-10):1)的分级结构Co_xNi_yFe_zP,其中具有最优组分的Co_1.3Ni_0.5Fe_0.2P在析氧反应(OER)中展示了优异的催化活性和高稳定性.密度泛函理论计算表明,相对于其他组分的过渡金属磷化物,Co_1.3Ni_0.5Fe_0.2P在费米能级附近的态密度明显增加,这可以增强催化剂对OH^-的吸附,从而提升OER性能.     

In situ confined vertical growth of Co2.5Ni0.5Si2O5(OH)4 nanoarrays on rGO for an efficient oxygen evolution reactionOA

Rational design of oxygen evolution reaction(OER) catalysts at low cost would greatly benefit the economy.Taking advantage of earth-abundant elements Si, Co and Ni, we produce a unique-structure where cobalt-nickel silicate hydroxide [Co_2.5Ni_0.5Si₂O₅(OH)₄] is vertically grown on a reduced graphene oxide(rGO) support(CNS@rGO). This is developed as a low-cost and prospective OER catalyst. Compared to cobalt or nickel silicate hydroxide@rGO(CS@...     

碳纳米管表面Co/MoSe2莫特-肖特基异质结的构筑及高效析氢性能(英文)

二硒化钼(MoSe₂)是一种先进的电解水制氢催化剂，但其电催化性能还远不如金属铂(Pt)。将半导体与金属结合构建莫特-肖特基异质结是一种提高催化活性的有效途径。本文采用溶胶-凝胶工艺和热还原法在碳纳米管表面制备了金属钴(Co)/半导体MoSe₂莫特-肖特基异质结(Co/MoSe₂@CNT)。实验和理论计算结果表明Co/MoSe₂莫特-肖特基异质结导致电子在界面处重新分布并形成一个内建电场，这不仅可以优化氢原子吸附的自由能，还可以提高析氢过程中电荷的传输效率。因此，Co/MoSe₂@CNT获得了优异的析氢活性：在电流密度为10 mA cm^-2时的过电势仅为185 mV、Tafel斜率为69 mV dec^-1。这项工作提供了一种新的策略来制备Co/MoSe₂莫特-肖特基异质结，并突出了莫特-肖特基效应的重要意义，有利于未来开发出更高效的莫特-肖特基电催化剂。     

多孔Co3O4纳米纤维用于锂-空气电池高性能正极催化剂

采用静电纺丝技术结合高温煅烧方法,以乙酰丙酮钴(Co(C₅H₇O₂)₃)为前驱物,制备了由Co₃O₄纳米颗粒组成的多孔纳米纤维(Co₃O₄ NFs),其比表面积高达83 m2·g?1,并将制得的多孔Co₃O₄ NFs用于锂-空气电池催化剂。多孔Co₃O₄ NFs为电池反应提供了充足的活性位点及反应物的传输通道,有利于电池反应的顺利进行,使电池的放电容量得到极大地提高。另外,Co₃O₄催化剂的加入提高了电极的催化活性,较大程度降低了电池的过电位。值得注意的是,Co₃O₄催化剂的加入同时调控了锂-空气电池放电产物Li₂O₂的形貌,得到的放电产物Li₂O₂尺寸更小,在电极表面分布更为均匀,该形态的Li₂O₂在充电过程中更容易被分解,有利于提高电池的充电效率,同时电极的体积效应也可得到极大缓解。得益于以上优势,基于多孔Co₃O₄ NFs/炭黑Super P (Co₃O₄ NFs/SP)正极的锂-空气电池的电化学性能得到较大提高,50 mA·g?1电流密度下Co₃O₄ NFs/SP的放电容量高达10600 mA·h·g?1,电池可实现100次的充放电循环。      

Li-Ni共掺尖晶石型LiMn2O4单晶多面体材料的制备及电化学性能

采用无焰燃烧法在500℃反应3 h,然后分别在600、650、700和750℃二次焙烧6 h制备了尖晶石型Li_1.02Ni_0.05Mn_1.93O₄正极材料。结果表明,不同焙烧温度制备的Li-Ni共掺材料没有改变LiMn₂O₄的立方尖晶石结构,且随着焙烧温度的升高,颗粒尺寸变大,结晶性提高。二次焙烧温度为700℃的Li_1.02Ni_0.05Mn_1.93O₄单晶多面体晶粒正极材料具有{111}、{110}和{100}面,且电化学性能较优,在1 C倍率下初始放电比容量为108.2 mA·h·g?1,循环500次后的容量保持率为76.8%;在5 C下首次放电比容量可达到99.0 mA·h·g?1,1000次循环后,仍能维持72.1%的容量保持率;在10 C下仍显示出71.3 mA·h·g?1的首次放电比容量及经500次循环后86.4%的容量保持率。并且其具有较大的Li+扩散系数和较小的表观活化能。Li-Ni共掺LiMn₂O₄单晶多面体材料能够有效抑制Jahn-Teller效应,减小Mn的溶解及增加Li+扩散通道,使材料的晶体结构稳定,提高倍率性能和循环性能。      

Interface engineering of Co3O4---SmMn2O5 nanosheets for efficient oxygen reduction electrocatalysis

Interface engineering is an efficient strategy to modify electronic structure and further improve electrocatalytic activity. Herein, crystalline/amorphous heterostructured Co₃O₄–SmMn₂O₅ nanosheets (Co₃O₄–SMO NSs) have been synthesized by coupling of SMO (electron acceptor) with higher Fermi-level Co₃O₄ (electron donor), via a one-step hydrothermal method followed by calcination. The resulting Co₃O₄–SMO NSs display higher half-wave potential and specific activity than those of pure SMO or Co₃O₄. In addition, Co₃O₄–SMO NSs exhibit superior stability and methanol tolerance. The crystalline/amorphous heterostructure and the electron interaction between SMO and Co₃O₄ result in interfacial charge transfer. This leads to more active valence states and more oxygen vacancies, optimizing the adsorption energy of O species and expediting electron migration, thus boosting oxygen reduction reaction (ORR) catalytic performance. This study provides a promising strategy to design efficient ORR electrocatalysts by interfacial engineering.     

四氧化三钴/碳纳米管薄膜的水热合成及其储锂性能

以5-磺基水杨酸和戊二酸为螯合和氧化试剂,在水热条件下将硫酸钴氧化成纳米级Co₃O₄。以碳纳米管薄膜为载体将Co₃O₄颗粒紧密地附着在碳纳米管上使其填充入碳纳米管薄膜的空隙生成Co₃O₄/碳纳米管复合材料薄膜(Co₃O₄@CNTs),并研究其储锂性能。电化学测试结果表明,Co₃O₄@CNTs薄膜具有较高的放电比容量和优异的倍率性能,在0.2C倍率下初始放电比容量高达1712.5 mAh·g^-1,100圈循环后放电比容量为1128.9 mAh·g^-1的;在1C倍率下100圈循环后放电比容量仍然保持527.8 mAh·g^-1。Co₃O₄@CNTs薄膜优异的性能源于Co₃O₄与CNTs的协同作用。高分散性的Co₃O₄增大了活性材料与电解液之间的接触面积,CNTs有助于形成良好的导电网络提高电子电导率,进而提高了Co₃O₄负极材料的循环性能和倍率性能。     

La(Co0.2Cr0.2Fe0.2Mn0.2Ni0.2)O3钙钛矿高熵陶瓷粉体的制备及其电学性能

采用共沉淀法结合煅烧工艺制备La(Co0.2Cr0.2Fe0.2Mn0.2Ni0.2)O3钙钛矿结构高熵陶瓷粉体,显著降低了材料的合成温度.采用不同手段对其进行物相及形貌表征,研究结果表明,当煅烧温度为800℃时,样品已经形成钙钛矿结构,但有少量第二相;当煅烧温度为1000℃时,La(Co0.2Cr0.2Fe0.2Mn...     

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...     

Conducting polymer PEDOT:PSS coated Co3O4 nanoparticles as the anode for sodium-ion battery applications

Metal oxides are considered as potential anodes for sodium-ion batteries (SIBs). Nevertheless, they suffer from poor cycling and rate capability. Here, we investigate conductive polymer coating on Co₃O₄ nanoparticles varying with different percentages. X-ray diffraction, electron microscopy and surface chemical analysis were adopted to analyze coated and uncoated Co₃O₄ nanoparticles. Conducting polymer, poly(3,4-ethylene dioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS), has been utilized for coating. Improved specific capacity and rate capability for an optimal coating of 0.5 wt.% were observed. The 0.5 wt.% coated sample outperformed the uncoated one in terms of capacity, rate capability and coulombic efficiency. It delivered a reversible capacity of 561 mAh·g⁻¹ at 100 mA·g⁻¹ and maintained a capacity of 318 mAh·g⁻¹ at a high rate of 1 A·g⁻¹. Increasing the PEDOT:PSS coating percentage led to lower performance due to the thicker coating induced kinetic issues. Ex-situ analysis of the 0.5 wt.% coated sample after 100 cycles at 1 A·g⁻¹ was characterized for performance correlation. Such a simple, cost-effective and wet-chemical approach has not been employed before for Co₃O₄ as the SIB anode.     

Co3O4纳米线阵列@活性炭纤维复合材料的水热合成及电化学应用

以Co(NO₃)₂·6H₂O为钴源, NH₄F和尿素作为添加剂, 通过水热法在粘胶基活性炭纤维(ACF)的表面生长了Co₃O₄纳米线, 制备了Co₃O₄@ACF复合材料并进行了结构形貌表征及电化学性能测试。结果表明: 针状的Co₃O₄纳米线阵列均匀地垂直生长在活性炭纤维表面, 形成了丰富的介孔结构。通过改变Co(NO₃)₂·6H₂O的用量, 可以获得不同负载量的Co₃O₄@ACF复合材料。当Co₃O₄负载量为47wt%时, Co₃O₄@ACF复合材料在1 A/g电流密度下的比电容高达566.9 F/g, 几乎是纯Co₃O₄的2倍; 在15 A/g的电流密度下, 其比电容仍可达到393.3 F/g, 表现了较好的倍率特性; 经过5000次循环充放电后, 其比电容仍可保持84.2%, 展现了优良的循环稳定性。     

核壳材料Co3O4@SiO2催化环己基过氧化氢分解

环己基过氧化氢(CHHP)分解是环己烷无催化氧化工艺制备环己醇和环己酮的重要反应步骤.本研究以Co3O4纳米颗粒为内核,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,采用模板法制备了核壳结构材料Co3O4@SiO2.考察了SiO2壳层制备条件:乙醇和水的比例、CTAB的浓度和TEOS的用量对...     

Zn2+诱导棱柱状四氧化三钴的制备及在葡萄糖传感器中的应用

以硝酸钴、硝酸锌、尿素、氟化铵为原料,泡沫镍为基体,在水热法的基础上,利用两性金属的特点,通过引入Zn²⁺离子,并结合碱洗过程,在泡沫镍基体表面合成了高纯度独特的棱柱状Co₃O₄纳米团簇纤维。制备的Co₃O₄/Ni电极的形貌及成分通过扫描电子显微镜与X射线衍射进行了表征,电极的电化学性能利用循环伏安法与计时电流法测试,测试均在1mol/L KOH溶液中进行。结果表明:利用Zn²⁺诱导在泡沫镍表面制备的Co₃O₄呈现一种棱柱状纳米团簇纤维结构。这种结构的Co₃O₄纳米材料具有高的比表面积,在对葡萄糖检测过程中表现出优越的电化学性能,当其作为电极,表现出检测灵敏度高[23430μA/(mmol/L·cm²)],检出限低(1.547μmol/L)和线性检测范围宽(0~2.75mmol/L)的特点。抗干扰实验在+0.5Vvs.SCE进行,结果显示制备的Co₃O₄/Ni电极对葡萄糖具有优异的选择性。因此可应用于无酶葡萄糖传感器的电极材料来改善现有无酶葡萄糖传感器材料响应范围小,灵敏度低等问题。