CoSe2@NF双功能电催化剂用于高效碱性全解水

开发用于水分解的高效稳定、低成本非贵金属电催化剂，特别是在同一电解质中对阴极的析氢反应(HER)和阳极的析氧反应(OER)都具有高效作用的电催化剂是一项挑战。以六水合硝酸钴、尿素、氟化铵和硒粉为原料，采用水热和高温固相法在镍网上原位构筑了CoSe2@NF，采用XRD、XPS、SEM和TEM对CoSe2@NF进行物相分析和形貌表征，并在碱性电解液中对CoSe2@NF的电催化析氧和析氢性能进行了测试。结果表明，表面粗糙的串珠状纳米线结构极大地增加了CoSe2有效活性位点的数量。该催化电极在OER和HER中均表现出高而稳定的催化活性。将CoSe2@NF作为全解水槽的阴阳极，在1.6 V槽电压下即可产生10 mA/cm2的电流，并可在1.7 V的电压下稳定运行100 h。这项研究为全解水提供了一种经济有效的解决方案.     

海水电解析氧反应催化剂的研究进展

综述了电解水析氧反应(OER)的催化机理;总结了海水电解阳极电极催化剂领域钛(Ti)作基底以及泡沫镍(Ni Foam)作基底的层状双氢氧化物(LDH)和其他非贵金属催化剂材料的最新研究进展;基于研究现状提出了电极材料优化策略,并对非贵金属在海水电解催化剂的研究方向进行了展望。     

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。     

电沉积法制备碱性电解水镍基析氧电极的研究进展

在“碳达峰、碳中和”的目标下，绿氢成为极具前景的清洁能源。碱性电解水制取绿氢技术商业化程度最高，但由于析氧反应(OER)动力学过程缓慢且需要较高的过电位，成为制约电解水电极效率的主要瓶颈。商业电解槽中广泛使用的镍网或泡沫镍电极的OER性能仍有很大提升空间，在其上复合镍基催化功能层，开发新型高活性的析氧电极有利于提高电极效率，降低制氢成本。电沉积技术具有工艺简单、条件温和、利于放大生产自支撑电极的优势，成为工业化生产OER电极的理想工艺之一。本文综述了近年来利用电沉积技术制备的镍基析氧电极并用于碱性电解水的研究进展。采用电沉积技术在镍网或泡沫镍基底上制备镍(氢)氧化物、双金属及多元金属以及非金属掺杂的镍基催化剂作为催化功能层，通过增强催化功能层的电导率及金属间的协同作用、增加活性位点数量、减小扩散路径以及改变表面原子构型等方式提高镍基自支撑电极的OER性能。最后，展望了镍基自支撑电极在电解水领域的应用，同时指出了电沉积法制备电极材料存在的挑战。     

钌基氢析出反应电催化剂的研究进展

钌具有与铂相近的氢析出反应(HER)催化活性,价格约为铂的一半,是一种替代铂的理想金属。研究高效、稳定并且价格低廉的钌基HER电催化剂是实现氢能源社会的有效途径。介绍了HER机理,总结了最近钌基氢析出反应电催化剂的4种设计策略,展望了钌基氢HER电催化剂的机遇和挑战。     

电催化水分解析氧反应研究现状

析氧反应(OER)是电化学能量转换和储存装置(如氢燃料生产,水电解和可充电金属空气电池)中水分解的关键半电池反应。然而在碱性溶液中,OER反应不具有动力学上的优势,一般需要通过使用贵金属来降低过电位,但贵金属催化剂的高成本和稀缺性限制了其使用。因此,开发高效、廉价、地球资源丰富、稳定、低过电位运行的水裂解电催化剂是实现高效、廉价制氢的关键。综述了电催化水分解析氧反应近几年的国内外研究现状,分析了该研究面临的问题,并对该领域未来的发展进行了展望。     

碱性水电解镍基析氧催化材料最新进展

通过碱性水电解制氢技术,将可再生能源转化为绿氢,是实现能源储存和分布再平衡的最具应用前景的方法。开发低过电位的碱性水电解电催化剂是降低绿氢电耗和成本的必要条件。镍基材料是目前商业化碱性水电解制氢应用最广泛的电催化剂,但不断追求高电流密度和快速动力学的高效电催化剂是提高碱性水电解制氢设备性能的主要研究方向之一。综述碱性水电解制氢镍基析氧催化材料的研究进展,包括反应机理、评价指标和制备-结构-性能关系。同时,对目前存在的问题进行剖析,并对未来发展方向进行展望。     

析氧助催化剂增强光阳极光电催化分解水性能研究进展

氢气因其热值高、质轻、可存储且无碳排放，被认为是最佳的碳中和能源载体。光电催化分解水制氢技术是目前生产绿氢最理想的技术途径之一，但光阳极表面水氧化速率极为缓慢，限制了阴极产氢效率。析氧助催化剂在水氧化反应过程中能够为其提供高效的活性中心，使反应易于发生，进而促进阴极产氢效率。本文从光阳极表面助催化剂的起源和作用出发，综述了近年来半导体光电极表面的助催化剂类型、微纳结构对水氧化活性的影响、界面构筑策略和光电性能研究进展。首先，阐述了电催化剂作为光阳极助催化剂在水氧化反应中所扮演的角色，不同助催化剂对半导体光电极的电荷分离和转移及稳定性的影响；然后，总结了助催化剂对半导体光电极光电催化活性的影响因素（尺寸效应、表面缺陷和氟化）。进一步归纳了助催化剂/半导体之间的界面优化策略（载流子传输通道、空穴储存层和界面化学键）。最后对析氧助催化剂所面临的问题和未来的发展方向进行了探讨和展望，认为通过调控析氧助催化剂的晶体结构、簇、单原子和界面化学键能够增强光阳极光电催化分解水的性能，并提出羰基金属是一种独特的构筑析氧助催化剂前体。     

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。     

电沉积法制备铁基析氧电催化剂的研究与进展

析氧反应作为水分解反应的一个半反应,由于其在反应过程中需转移更多电子,因此研究性能优异的析氧催化剂意义重大。铁因其储量丰富,毒性小,优异的氧化还原性质而逐渐受到关注,从而铁基催化剂用于电催化析氧反应的研究逐步深入。电沉积法,因其制备简单、重现性好等优势,而作为制备铁基催化剂一大基本方法,因此分析总结电沉积方法对制备析氧催化剂起到一定的参考作用。电沉积法主要分为两类:阳极电沉积法和阴极电沉积法。通过展现这两种方法制得的铁基催化剂的析氧性能的差异,为新型提升性能的催化剂的合理开发提供进一步的依据。     

特殊结构、高稳定性电解海水OER催化剂的研究进展

电解海水制氢技术受到了越来越多的关注。因此,设计开发高效、稳定的电解天然海水（或盐水电解质）制氢催化剂具有重要意义。首先,分析了电解海水所面临的现状和挑战;接着,对电解海水催化剂的设计思路与改性方法进行了总结,综述了三维分层多孔纳米结构、保护层结构和表面润湿性特殊结构催化剂在提高催化剂稳定性和选择性方面的最新研究进展;最后,对电解海水催化剂所面临的挑战和发展方向进行了总结和展望。指出未来研究需将实验研究、理论研究和表征技术相结合,开发出更高效、稳定和高选择性的催化剂,以满足电解海水工业化应用的要求。     

基于过渡金属电催化析氢催化剂的研究进展

随着人口快速增加,开发可持续能源已经成为当今世界的首要任务之一。氢气被认为是一种无污染、可再生的新能源,可以代替化石能源。氢气可以由电解水的电催化析氢半反应获得。传统的电催化析氢催化剂主要由贵金属构成,而贵金属稀少,价格昂贵,不适合大规模工业制氢。探索高效的非贵金属电催化析氢反应催化剂十分必要。基于过渡金属开发的电催化析氢反应催化剂引起广泛关注,综述基于过渡金属电催化析氢反应催化剂的研究进展,概述电解水原理,讨论基于过渡金属化物的电催化析氢反应催化剂材料的制备方法,包括硫化物、硒化物、碳化物、氮化物、磷化物及其复合物。探讨增强催化剂电催化析氢活性的方法及基于非贵金属电催剂材料面临的挑战和前景展望。     

Ni-Fe基析氧阳极材料的研究进展

寻找一种高效、稳定和低成本的析氧阳极材料对于在碱性环境中电解水的研究具有非常重要的实际意义。近年来,Ni-Fe基材料以其低成本及在碱性条件下具有高催化活性的特点成为析氧反应电极材料的研究热点。本文概述了近几年国内外学者对不同的Ni-Fe基析氧材料(包括Ni-Fe合金、Ni-Fe氧化物、Ni-Fe层状双金属氢氧化物及Ni-Fe基复合材料等)在合成方法、物理形态、化学结构和催化性能等方面所进行的研究,介绍了Ni-Fe基材料的析氧反应机理的进展,探究了析氧反应活性相以及Fe的掺入对Ni基氢氧化物的结构和活性的影响,最后指出了合成方法的改进及详细反应机理的探究将会成为未来Ni-Fe基析氧阳极材料的重点研究方向。     

Molybdenum-based electrocatalysts with nanostructured supports for hydrogen evolution reaction

Electrochemical water splitting is one of the most efficient ways to yield H₂ fuel due to its renewability and environmental friendliness. For minimizing the energy loss during the electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER), as a crucial half-cell reaction of electrochemical water splitting, researchers are seeking for suitable electrocatalysts, which can significantly decrease the overpotential and consequently promote the reaction rate and total cell efficiency. Among the noble-metal free HER catalysts, Mo-based electrocatalysts have been reported to possess excellent electrocatalytic activity and long-term durability in terms of the HER process. Recently, in order to further improve the reaction rate of HER, nanostructured supports for Mo-based catalysts were designed, which not only increase active sites but also contribute to alleviating the overpotential. Herein, an overview is presented of recent research progress on Mo-based electrocatalysts with nanostructured supports for the HER. It starts with summarizing the fundamentals of HER and recent progress of Mo-based electrocatalysts. Subsequently, the design and synthesis of nanostructures, electrochemical performance, and the related mechanisms for Mo-based electrocatalysts with nanostructured supports are discussed. Finally, the future opportunities and challenges are highlighted for the development of the Mo-based electrocatalysts from the points of view of both fundamental understanding and practical application.     

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.     

可再生能源电解制氢技术及催化剂的研究进展

氢能是一种清洁、高效的二次能源,是构建未来清洁社会的重要支撑。在众多制氢技术中,利用可再生能源产生电能,并通过电解水制备高纯度氢气是最具潜力的制氢路线之一。本文在介绍三种电解水制氢技术及核心部件的基础上,重点讨论了电解水析氢催化剂,特别是过渡金属基电催化剂及单原子催化剂的研究进展。本文最后对可再生能源发电与电解水制氢技术的耦合进行了分析与讨论,简述了现阶段国内外基于可再生能源发电制氢项目的开发进展。文章指出,随着电力成本下降,高效、稳定、经济的析氢催化剂的开发,可再生能源发电制氢将成为解决能源消纳、加速氢能产业化进程、最终实现我国向低碳清洁能源转型的重要途径。     

电解水制氢MoS2催化剂研究与氢能技术展望

氢气具有质量轻、热值高、燃烧产物清洁等优点,被认为是理想的能源载体。氢气既能作为燃料电池的燃料,又能作为储能介质调节风能、太阳能发电系统的随机性、间歇性,正在成为未来能源的重要组成部分。为了促进电解水制氢技术与装备发展,研究高效电催化剂十分重要。本文围绕“粉末型”与“自支撑型”电催化剂结构特征,讨论基于二硫化钼（MoS₂）的析氢电催化剂的研究现状,阐述了催化活性位点调控策略与提高导电性两条技术途径,并以析氢过电位和塔菲尔曲线斜率为依据,比较不同方法制备的二硫化钼电催化剂的催化活性。表明提高二硫化钼晶相稳定性、调节其电子结构和优化催化电极结构等方法,将进一步提高基于二硫化钼的析氢催化电极性能。     

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).     

碱性膜电解水制氢技术现状与展望

开发清洁高效的可再生能源是未来能源转型的必然趋势。氢能作为一种绿色无污染的能源载体,可通过电解水技术实现氢能与电能的高效转化,有望作为风力、光伏发电的重要调节手段。碱性膜电解水制氢能够提高电流密度,增加能量转化效率,优于碱性水溶液电解水制氢;与此同时,可采用铁、镍等非贵金属制备催化剂,克服质子交换膜电解水制氢使用贵金属催化剂带来的设备昂贵、资源受限问题。本文综述了碱性膜电解制氢技术发展现状,重点围绕自支撑催化电极、耐碱腐蚀离子膜、有序结构膜电极开展讨论,包括催化剂制备策略,耐碱离子膜发展现状,以及有序化膜电极的应用优势,阐释电化学工程中的传质与反应耦合原理。本文为进一步研究开发高性能电化学关键材料提供了指导思路,推动电解水制氢技术的发展。     

表/界面调控策略在氢/氧反应电极中的研究进展

高效的非贵金属基电催化剂对于提升氢气析出反应（HER）、氧气析出反应（OER）、氧气还原反应（ORR）等电催化反应的整体效率、促进能源转换技术的发展及应用起着至关重要的作用。近年来,对现有的电催化剂进行表/界面调控以诱导其产生新的理化性质,从而提高催化活性的研究受到了广泛的关注。本文综述了近年来利用形貌尺寸调控、缺陷调控、杂原子掺杂、异质结结构等表/界面调控策略在设计非贵金属基电催化剂方面的研究进展,揭示了催化材料体系改性对优化和提升催化性能的关键特性。从催化剂制备、先进表征手段、理论计算、应用性评价等方面展望了非贵金属基电催化剂在实际应用中存在的挑战和未来的研究方向,为实现清洁能源的大规模应用提供参考。