MoS_(2)/Ru异质结构的制备及其电催化析氢反应性能EI北大核心CSCD

二维层状二硫化钼(MoS_(2))是一种非常有前景的替代贵金属铂的电水解制氢催化剂。然而,MoS_(2)电子导电性较差,且在碱性氢析出反应(HER)中对水分子吸附/裂解的活化能垒较高,限制其在碱性电水解的应用。通过一步水热法将MoS_(2)纳米片均匀生长在三维导电碳布(CC)上,以有效提高电极导电性。随后在RuCl_(3)的乙醇溶液中通过溶剂热法可控制备超小Ru纳米颗粒负载MoS_(2)纳米片,形成CC@MoS_(2)/Ru异质结构。Ru的负载能有效促进水吸附/裂解反应,从而和MoS_(2)协同催化HER。采用X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等方法对MoS_(2)/Ru进行结构和形貌表征。结果表明:MoS_(2)呈纳米片状交错生长在碳布上,并且超小Ru纳米颗粒(平均粒径2.5 nm)均匀负载在MoS_(2)纳米片上。将CC@MoS_(2)/Ru作为工作电极,石墨棒和Hg/HgO电极分别为对电极和参比电极进行碱性HER测试。在电流密度为-10 mA·cm^(-2)下的过电位仅为71.3 mV,Tafel斜率为104.8 mV·dec^(-1)。通过对其进行计时电位滴定法稳定性测试,发现在恒电流密度-10 mA·cm^(-2)下能够维持至少35 h而没有明显性能衰减。     

Co3O4/MoS2@TM异质结电极的制备及其析氧性能研究

电解水是一项有前景的大规模生产绿色氢能的技术。然而由于析氧反应(OER)的内在动力学缓慢,阻碍了这种能量转换技术的发展。这就需要高活性且稳定的电催化剂。因此本文采用简单的两步水热合成法在钛网上构筑了具有自支撑的异质结构Co_3O_4/MoS_2。所制备的Co_3O_4/MoS_2异质结催化剂在1 M KOH溶液中具有优异的OER催化性能,当电流密度达到10 mA·cm~(-2)时,所需过电势为306 mV,相应的塔菲尔(Tafel)斜率为51 mV dec~(-1)。催化剂表现出优异的OER催化活性源于异质结构以及Co_3O_4和MoS_2的协同作用。本工作为合理设计高效、低廉的复合型催化剂提供了有效的策略。     

耐蚀镍基催化剂的制备及电解海水性能的研究

开发抑制析氯的竞争反应和氯离子腐蚀的高效电解海水催化剂是至关重要的。通过两步法(激光扫描法+浸泡置换法)在泡沫镍上快速制备了一种高活性且耐蚀的NiFe-LDH@MnO₂/NF电解海水催化剂。该催化剂中NiFe-LDH提高了催化反应的活性，MnO₂层防止催化剂被氯侵蚀，二者的协同作用使催化剂在碱性盐水介质中表现出优异的析氧性能。所制备的NiFe-LDH@MnO₂/NF催化剂在10 mA/cm²的电流密度下，过电位仅为270 mV,在100 mA/cm²的大电流密度下过电位为360 mV,且在10 mA/cm²的电流密度下可稳定催化析氧100 h,为工业电解海水制氢催化剂的制备提供理论指导。     

NiS2@MoS2/CC纳米复合材料的制备及其电催化析氢性能的研究

电解水产氢是近来研究的热点,电极催化材料是影响析氢反应的重要因素。通过两步水热法,成功在碳布上合成了NiS_2@MoS_2三维异质结构复合催化剂(NiS_2@MoS_2/CC)。在碳布上垂直排列的NiS_2纳米片为MoS_2提供了良好的支撑,在暴露更多边缘活性位点的同时,也为析氢反应提供了快速的物质传输通道。合理的界面设计促使NiS_2和MoS_2发挥协同作用,改善催化剂表面电子状态,从而体现出更好的析氢催化活性。电化学测试表明,NiS_2@MoS_2/CC具有较大的电化学活性面积,在碱性条件下驱动10mA/cm~2析氢反应电流密度的过电位为106 mV,Tafel斜率为61.1 mV/dec,远优于单一的MoS_2/CC和NiS_2/CC催化材料。     

Fe,N掺杂二维多孔碳双功能催化剂及锌-空气电池中的应用

在石墨烯表面负载金属有机框架材料ZIF-8,同时在金属有机框架材料表面分散Fe-2,2-Bipy螯合物,通过高温煅烧分解制备了Fe, N掺杂多孔碳催化剂材料。采用SEM, XRD, XPS对制备的催化剂材料进行了形貌、结构以及成分分析。采用旋转圆盘电极,CV曲线,LSV曲线对Fe,N掺杂多孔碳催化剂材料的氧还原(ORR)以及析氧(OER)电催化性能进行了分析。并且将Fe, N掺杂多孔碳催化剂应用于锌-空气电池。结果表明,所制备的Fe, N掺杂多孔碳催化剂材料显示出均匀的二维结构形貌, Fe元素含量为1.32%。催化剂在0.1 mol/L KOH溶液中半波电位为0.83 V,在1 mol/L KOH溶液中, 10 mA/cm~2电流密度下过电势为420 mV。将催化剂应用于锌-空气电池,锌-空气电池功率密度达到245 mV/cm~2,并且表现出优异的循环稳定性。     

脱合金化制备纳米多孔Ni、NiO阳极材料及其电催化析氧性能

采用快速凝固与脱合金化相结合的方法制备纳米多孔Ni,经热处理氧化获得纳米多孔NiO,运用XRD、SEM、TEM、BET等对纳米多孔Ni、NiO的物相、形貌结构、孔径分布进行表征,并通过循环伏安、稳态极化、电化学阻抗法研究了其作为电极的电催化析氧性能。结果表明,Ni_(15)Al_(85)和Ni_5Al_(95)脱合金化后均获得了纳米多孔Ni,Al含量的增加使得Ni的孔径尺寸与骨架强度减小,Ni_5Al_(95)形成的纳米多孔Ni在10 mA·cm~(-2)电流密度下的析氧过电位比Ni_(15)Al_(85)形成的纳米多孔Ni低95 mV,但随着反应的进行,纳米多孔Ni表面的孔洞开始坍塌和脱落,导致其析氧稳定性降低。NiO继承了Ni的纳米多孔结构,比表面积和骨架强度进一步增大,Ni_5Al_(95)合金获得的纳米多孔NiO在10 mA·cm~(-2)电流密度下的析氧过电位仅为357 mV,相比Ni电极降低了14. 3 mV,室温下析氧反应的表观交换电流密度是Ni电极的1. 2倍,表观活化自由能降低了8. 59 k J·mol~(-1),经1 000圈循环伏安后过电位降低了12 mV(J=100 mA·cm~(-2)),具有优良的电催化析氧性能和良好的稳定性。     

复合电沉积制备（Ni-Mo）-TiO2电极及其电催化析氢性能

为开发新型廉价高效的析氢材料,用恒电流复合电沉积方法制备了(Ni-Mo)-TiO2复合电极,讨论了TiO2悬浮量和电沉积时间对电极催化析氢性能的影响.用XRD和SEM对电极的晶体结构和表面形貌进行了表征,以稳态极化曲线对电极的催化析氢特性进行了评价.结果表明,(Ni-Mo)-TiO2电极是纳米TiO2粒子相和纳米晶Ni-Mo固溶体相构成的复合电极.电极具有较高的催化析氢活性.在25℃、0.5mol.dm-3H2SO4溶液中其表观交换电流密度是Ni-Mo合金电极的2.6倍,是Ni电极的60倍.在电流密度为100mA·cm-2时,电极电势相对于Ni-Mo电极正移了120mV,相对于Ni电极正移了542mV.催化活性的提高源于反应机理的改变,表观活化吉布斯自由能相对于Ni-Mo合金电极降低了24.48kJ·mol-1.     

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。     

MoS_2/石墨烯/泡沫炭复合材料的析氢性能（英文）

以包覆石墨烯的炭化三聚氰胺泡沫作为支撑,通过水热法在三维泡沫炭上原位生长二硫化钼(MoS_2)纳米片,合成出一系列的MoS_2/石墨烯/泡沫炭复合材料。经XRD和TEM表征,拥有三维网络结构的炭基骨架被厚度为15～20 nm的MoS_2纳米片均匀包裹。石墨烯包覆量对析氢性能影响很大,包覆浓度25 mg L~(-1)的R-CMMS-25析氢性能最佳,在10 m A cm~(-2)电流密度下过电位为163 m V,相应的塔菲尔斜率为76 m V dec-1,相比之前未包覆石墨烯的复合材料,析氢性能得到了很大提升。通过阻抗谱间接表征材料的电子迁移效率,可以看出RCMMS-25的阻抗值最低,这表明包覆适量还原氧化石墨烯能够加速电子迁移效率并进一步提升析氢性能。     

Pd基阳极催化剂的制备及其性能研究

利用不同的分步还原法制备Pd基阳极催化剂,以二氧化铈为修饰剂,硼氢化钠为还原剂,成功制备出Pdcore-Nishell/C、Nicore-Pdshell/C两种不同结构碱性燃料电池阳极催化剂。通过物理表征和电化学性能测试,发现Nicore-Pdshell/C催化剂中Pd负载量较高,分散均匀,颗粒较小,在碱性环境下表现出更好的乙醇催化氧化活性和稳定性,在扫描速度为100mV/s的条件下,最高电流密度达到160mA·cm-2,在-0.5V条件下,电流密度的稳定性均优于Pdcore-Nishell/C催化剂。     

NiFe-植酸复合物的室温制备及其全解水电催化性能

制备高稳定性、高活性双功能催化剂用于全解水制氢是氢能源大规模商业化应用的重要环节之一。本文以植酸(PA)、六水合氯化铁(FeCl₃·6H₂O)和六水合氯化镍(NiCl₂·6H₂O)为原料,采用两步室温浸渍法在泡沫镍(NF)上制备了片状无定形植酸-镍铁双金属复合材料(NiFe-PA)。采用线性扫描伏安法(LSV)考察了NiFe-PA修饰NF电极(NiFe-PA/NF)在碱性条件(1.0 mol/L KOH)的电解水催化性能。实验结果表明：由于NiFe双金属之间的协同效应,NiFe-PA/NF作为双功能催化剂显示出优越的析氧和析氢性能。NiFe-PA/NF电极在50 mA·cm^-2电流密度下析氧反应的过电位仅需220 mV;在10 mA·cm^-2电流密度下的析氢反应的过电位为135 mV。将NiFe-PA/NF组装成双电极系统用于全解水,达到10 mA·cm^-2电流密度的电池电压仅需1.61 V,低于贵金属催化剂体系RuO₂     

铱钴纳米纤维作为一种高效稳定的双功能电催化剂用于高性能水裂解（英文）

本文通过静电纺丝-煅烧-原位氢还原-置换工艺制备了嵌入铱的钴纳米纤维(Co-Ir-600).得益于独特的一维纳米纤维异质结构给予的快速电子传输和传质过程以及Ir和Co两组分之间的协同作用,Co-Ir催化剂在碱性电解质中达到10 mA cm^-2电流密度仅需169 mV的极低过电位,表现出优异的析氧电催化活性.此外,该催化剂还具有良好的析氢反应性能.我们构建了一种将Co-Ir-600纳米纤维催化剂同时作为阳极和阴极的碱性电解槽,其只需要1.51 V的低电池电压即可达到10 mA cm^-2的电流密度且耐用性好,性质明显优于参照的Pt/C||IrO₂以及许多已报道的水电解槽.本研究为制备经济高效的金属基水裂解电催化剂提供了一种通用有效的方法.     

碳纳米管载钴基纳米材料的制备:一种优异的电催化析氢活性材料(英文)

在高效过渡金属磷化物催化剂中,钴镍磷(CoNiP)以其优异的析氢催化活性,被认为是最有可能在将来替代贵重金属铂的一类催化剂。采用一种简单的工业浸渍法和两步煅烧法制备了在氮掺杂碳纳米管上(NCNTs)均匀分散的CoNiP纳米颗粒,获得了具有高效析氢活性的催化材料(CoNiP/NCNTs),该材料具有较低的过电位和良好的析氢稳定性等优点。在磷化物的合成过程中,磷源加入的量是影响其性能至关重要的因素。实验通过改变磷化过程中加入次磷酸钠的量考察了磷源含量对材料催化性能的影响。经过优化后的CoNiP/NCNTs纳米材料,在0. 5 mol/L的硫酸溶液中具有44 mV的初始过电位,并且在电流密度为10 mA cm~(-2)的时候,过电位仅为75 mV。经过24 h的稳定性测试,电位仅下降6 mV。因此,实验制备的催化材料具有优异的析氢催化性能,在工业产氢领域具有很好的应用潜力。     

Ni(S_xSe_(1-x))_2纳米线阵列催化电极的制备与析氢性能

黄铁矿型过渡金属硫属化合物(MX_2,典型的M=Fe、Co或Ni,X=S或Se)因具有独特的电子结构、低廉的价格、优异的催化活性和稳定性等特点,在电催化剂领域拥有广阔的发展前景。然而其电催化性能与传统Pt系贵金属催化剂相比尚有差距,因此本研究尝试通过掺杂调控催化剂成分的方式进一步改善其催化性能。以S和Se共掺杂Ni基硫属化合物为研究对象,选择碳纤维纸作为导电基底,采用水热法在碳纤维表面生长出Ni_2-(CO_3)(OH)_2纳米线阵列作为前驱体,并以S/Se混合粉作为反应源,利用化学气相沉积法实现S/Se与Ni_2(CO_3)(OH)_2的反应,合成了成分可控的阴离子共掺Ni(S_xSe_(1-x))_2纳米线阵列自支撑一体化催化电极。电催化性能测试表明:在不同成分的Ni(S_xSe_(1-x))_2中,Ni(S_(0.81)Se_(0.19))_2纳米线表现出最佳的催化性能,仅需要93 mV和135 mV的过电位就可以分别驱动10 m A·cm~(-2)和100 mA·cm~(-2)的电流密度,对应的Tafel斜率也低至42.07 mV·dec~(-1)。研究表明,阴离子掺杂能够进一步提高该类催化剂的催化活性,为高效率、低成本碱金属化合物电催化剂的设计和制备提供借鉴思路。     

钴铁双金属氢氧化物纳米片的制备及其在高电流下的电催化全解水性能

采用一步水热法,通过在高传导泡沫镍(Nickel foam,NF)表面原位生长制备的钴铁双金属氢氧化物纳米片,被证明是一种在高电流下具有良好稳定性的高效双功能全解水电催化剂.在1 mol/L KOH电解液中,当电流密度为100 mA/cm2、200 mA/cm2、250 mA/cm2时,其析氧过电位分别为216 mV、269 mV和284 mV,塔菲尔斜率仅为49.79 mV/dec;当电流密度为10 mA/cm2、50 mA/cm2、100 mA/cm2和200 mA/cm2时,其析氢过电位分别为137 mV、221 mV、256 mV和297 mV,塔菲尔斜率为113.15 mV/dec.全水解只需要一个超低的电压(1.532 V),就可以获得200 mA/cm2的电流.在200 mA/cm2运行20 h后,电流密度仅下降8.86％;维持200 mA/cm2运行20 h,电压仅上浮2.12％.可见,所制备的钴铁双金属氢氧化物纳米片具有高效、稳定的电催化性能.     

溶剂热法制备球形MoS_2材料及其电化学性能研究

以四硫代钼酸铵为原料、在甲酰胺-乙醇体系中,使用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂,通过溶剂热法成功制备出了球状MoS_2,并对其进行SEM、TEM、XRD表征。结果表明,所制备样品为具有球状形貌、纯相的MoS_2。同时将样品作为负极材料组装成扣式电池,并对其进行电化学性能测试。所制备的材料在0.28A/g的电流密度下首次充放电容量分别达到997.9mA·h/g、1179.1mA·h/g,库伦效率达到84.6%。经过100周恒流充放电循环后,材料的放电容量仍能达到740.8mA·h/g,样品表现出了良好的循环稳定性。     

Pd-X/SnO_2复合催化剂催化乙醇电氧化性能研究

采用溶剂热法制备了SnO_2纳米棒,以其为载体,采用溶剂热还原法制备Pd-X/SnO_2复合催化剂,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及X射线能谱仪(EDS)对复合催化剂进行表征,采用循环伏安法考察了Pd/SnO_2掺杂非贵金属Co、Zn、Fe和Sb复合催化剂对乙醇氧化电催化性能的影响。结果表明:SnO_2纳米棒呈针尖状,大小均匀,长度为600nm,平均直径约为100nm,Pd粒子高度分散在SnO_2纳米棒表面;在1mol/L KOH+1mol/L C_2H_5OH溶液中,制得的Pd-X(Co、Zn、Fe、Sb)复合催化剂对乙醇氧化均具有较好的催化活性,其中Pd-Zn/SnO_2催化剂表现了最佳的催化性能;当E=-0.2V时,Pd-Zn/SnO_2催化乙醇氧化的峰电流密度可达为30.7mA/cm~2。     

碳化铁/氮掺杂碳纳米粒子的制备及其电化学析氢性能

发展环境友好和成本低廉的析氢催化剂对于可再生能源技术具有重要意义。采用二茂铁和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料,通过简单的水热法结合尿素辅助下的高温热解合成碳化铁/氮掺杂碳(Fe_3C/N-C)的复合纳米粒子。重点比较了不同热解温度对所制备的复合纳米粒子的成分、微观结构以及电催化析氢性能的影响。结果表明,在800℃热解温度下获得的Fe_3C/N-C在碱性电解液中具有最好的催化活性,其过电位为211 mV(电流密度为10 mA/cm~2),塔菲尔斜率仅137 mV/dec,优于其他热解温度下获得的样品,且该样品连续工作10 h后催化活性未见明显衰减,展现了良好的耐久性。该工作将为过渡金属碳化物和氮掺杂碳的复合结构调控提供新思路,同时为发展高效廉价的非贵金属电催化剂提供技术支撑。     

竹基碳纤维/MoS2锂离子电池负极材料

随着电子产品、电动汽车以及智能电网的快速发展,不仅需要锂离子电池(LIBs)具有优异的储锂性能,而且要求电极材料成本低廉、资源丰富和绿色环保。基于碳负极材料的优点,将废弃的一次性竹筷,在碱性溶液中经过可控的热处理,利用竹子中丰富的天然纤维素,从而获得尺寸均匀的碳纤维(CFs)材料。相比于石墨电极,竹基CFs作为LIBs的负极材料时表现出优异的电化学性能。为进一步提高其储锂性能,以CFs为骨架,通过水热法在其表面制备了一层二硫化钼(MoS₂)纳米花,形成核壳结构的CFs/MoS₂复合电极材料。电化学测试结果表明,CFs电极在200 mA/g的电流密度下循环500次,放电比容量仍有381.1 mA·h/g;CFs/MoS₂复合材料在1000 mA/g的大电流密度下经过1000次循环,仍保持有843 mA·h/g的放电比容量。      

MnNiCoCrFe多孔高熵合金的电催化析氧性能

用化学腐蚀方法制备出3D多孔自支撑型Mn₅₀Fe_12.5Co_12.5Ni_12.5Cr_12.5高熵合金。电化学测试结果表明，将这种高熵合金放入1 mol/L KOH的碱性溶液中，电流密度为10 mA·cm^-2时过电位为281 mV,Tafel斜率为63 mV/dec,表明其电催化性能优于商业RuO₂的性能。在电流密度为50 mA·cm^-2的条件下连续工作50 h，工作电压没有明显的升高，表明这种富锰高熵电催化电极材料具有优异的析氧稳定性。电化学阻抗谱表明，这种自支撑型结构的块体高熵合金催化剂具有出色的导电性，与负载型催化剂相比其电子转移能力显著提高。