低温共沉淀法合成多孔CoFe LDH纳米片电催化剂

通过低温共沉淀技术合成了多孔CoFe层状双金属氢氧化物（CoFe LDH）纳米片。运用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等手段对产物的物相、组成及微观形貌进行了表征,并探讨了铁离子（Fe³⁺）含量对CoFe LDH纳米结构生长行为的影响,考察了制备的产物作为电催化剂在电解水析氧反应中的性能。结果表明,Fe³⁺的加入可以有效调节产物的形貌、结晶度和孔道结构。在合适的Co与Fe比例条件下,制备的CoFe LDH可形成多孔纳米片,且增大了总孔体积,增加了表面活性位点。同时,结晶CoFe LDH纳米片可促进Co和Fe离子间的电荷转移行为,从而提高产物的电催化活性。对于电解水析氧反应,当电流密度为10 mA/cm²时,结晶Co_0.67Fe_0.33 LDH多孔纳米片所需的过电势仅为291 mV,Tafel斜率为33 mV/dec,并展现出良好的循环稳定性。     

碳纳米管负载NiFe催化剂的制备及析氧性能研究

以碳纳米管(CNT)为前驱体,通过改变在水热釜中的反应时间、温度及NiFe双层氢氧化物的负载量制备不同的NiFe/碳纳米管复合电解水催化剂,将碳纳米管独特的中空微观结构、高比表面积、高导电性与NiFe催化剂的高催化活性相结合,制备了一种高效率纳米复合电解水催化剂。利用扫描电镜、电化学分析、激光拉曼、X射线衍射等分析方法研究反应温度、时间和NiFe负载量对NiFe/碳纳米管复合催化剂的析氧性能(OER)影响,结果表明,反应温度为150℃、反应时间为8 h下制备的NiFe/碳纳米管复合催化剂的电催化析氧活性最高。     

NiCo双金属磷化物纳米片的制备及其电催化性能

以硝酸镍为镍源、硝酸钴为钴源,通过钼酸根和二甲基咪唑改变活性位点和结构,制备层状双金属氢氧化物,并以次磷酸钠为磷源制备了磷化镍钴双金属催化剂。利用电化学工作站对催化剂的析氢反应和析氧反应性能进行了测试,并使用电子显微镜对催化剂的显微结构进行表征。通过改变镍钴加入量探究双金属比例对催化剂电催化性能的影响。结果表明,当Ni、Co比例为1∶1时性能最好。     

恒电位沉积制备超疏气的Co-Mo-Cu-O微纳米电极

在电解水析氢析氧过程中,反应生成的气体易粘附粉末状电极的表面,形成严重的"气泡屏蔽效应"。因此制备出电催化性能优异且超疏气纳米结构电解水电极具有重大意义。通过选取具有亲水性的本征材料,利用恒电位沉积与高温缓慢氧化制备超疏气的Co-Mo-Cu-O微纳米电极,并研究了其作为电解水催化剂的析氢析氧活性以及超疏气性能。     

微量氯离子对氧化钌析氧性能的影响

电解水制氢是目前最具潜力的绿氢制备技术。众所周知，电解液中含有大量氯离子会降低催化剂的活性和稳定性从而导致电解水效率下降。然而，目前的研究并未涉及微量氯离子(μg/L)对于催化剂性能的影响。借助于循环伏安扫描法、伏安线性扫描法、电化学阻抗谱等手段，仔细研究了微量氯离子在酸性介质中对二氧化钌(RuO₂)析氧性能的影响，发现在含有极低浓度氯离子(μg/L)硫酸溶液中RuO₂的析氧反应活性和稳定性均有小幅度下降。     

过渡金属氧化物催化析氧反应研究进展

利用可再生能源电解水制氢,是实现绿色氢能经济的必由之路。现阶段,电解水过程的阳极析氧反应过电位较高,催化剂性能不稳定,制约着该技术的工业化应用。使用经济高效的催化剂,可显著降低析氧过电位,提高电解水制氢过程的经济性和电能转化效率。在各类析氧催化剂材料中,过渡金属氧化物(TMOs)由于晶体结构多样、储量丰富、环境友好、易于制备以及活性较高等优点,受到了越来越多的关注。本文从活性和稳定性出发,总结分析了近年来过渡金属氧化物催化析氧反应的研究进展,并对其未来的发展提出了建议与展望。     

大连化物所提出二维硫化钼限域铑原子的距离协同催化效应

<正>近日,中科院大连化物所催化基础国家重点实验室二维材料与能源小分子转化创新特区组邓德会研究员、于良副研究员团队提出二维硫化钼(MoS_2)限域铑原子的距离协同效应,利用铑单原子之间的距离来调控二维MoS_2面内硫原子的电子结构和催化活性,从而实现高效电催化析氢(HER)性能。该工作为深入认识二维MoS_2限域单原子的催化活性调控机制以及设计新型高效电解水析氢催化剂提供了新思路。     

银基析氧催化剂的研究进展

近年来基于阳极析氧催化的电解水制氢技术引起了广泛关注,安全、高效的阳极析氧催化剂是实现该技术的核心。银基析氧催化剂具有操作条件温和、析氧过电位低及结构易于调变的特性,是一种颇具发展前景的新型阳极析氧催化剂。本文综述了Ag基析氧催化剂的制备及其在电解水制氢方面的应用,着重介绍了Ag基析氧催化剂的两种调控改性方法,包括原位调控方法和后制备调控方法,其中原位调控方法主要有电解质溶液的匹配、电解质(浓度、酸碱度、温度)的调变和工作电极的修饰,后制备调控方法主要有金属氧化物复合、石墨烯复合和银氧化物纳米晶的调控。将原位调控和后制备调控相结合,可为制备具有较低过电势、较高催化活性的新型Ag基阳极析氧催化剂提供方法指导和为后续研究提供依据。     

实验设计:NiFe-TiO2/CC电催化剂制备及电解水性能研究

为了开拓学生的科学视野，加深学生对于催化剂以及电催化反应的理解，设计了一个包括NiFe-TiO₂/CC电催化剂的制备及其电解水析氢、析氧性能研究的综合性实验。采用XRD、XPS和SEM等分析手段对样品的物理性质进行了表征，并考察了材料的电催化性能。通过该综合实验，学生不仅可以了解电化学相关的科技前沿，而且可以更好地掌握TiO₂及其相关催化剂的合成、电催化性能测试与分析以及相关仪器的使用操作技能，为将来从事科研或实践工作打下基础。     

铁钴MOF的制备及电解水析氧性能研究

氢气是一种高能量密度的清洁型能源，具有高效率、低成本、产物无污染和来源丰富等优点，利用太阳能光伏、风力、水力等可再生清洁能源电催化分解水制氢是最具潜力的绿色制氢方式之一。其中电催化材料对能源转换效率起至关重要的作用，电催化优异的Pt、Ir等贵金属基材料价格高昂、储量稀缺，无法在工业上大规模应用。因此，非贵金属类电催化材料成为当前电催化领域研究的热点。而影响电解水效率的主要因素是动力学缓慢的析氧半反应(OER),本论文合成了一种新型有机双联配体，并利用该配体与钴、铁等配位，水热合成了一系列钴、铁单金属MOFs(Co_xMOFs、Fe_xMOFs)和钴铁双金属MOFs(Co_xFe_yMOFs)材料，表征其微观结构和形貌，并通过多种电化学手段测试其电催化分解水析氧性能，结果表明单金属MOF中有机配体与金属按物质的量比3∶1制备的MOF的析氧性能最好，而双金属MOF中铁和钴的相互作用提高了其电催化动力学、减小了电化学阻抗，Co₆FeMOF表现出最优的电催化析氧性能，且所有催化材料都具有较好的...     

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。     

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。     

中空碳基材料在电解水中的研究进展

氢能所具有的清洁、高能量密度特点,使其成为一种未来的理想能源。相较于石油、天然气等的热解制氢技术,利用可再生清洁能源进行电催化分解水制氢具有高效和清洁无污染的特点,且获得氢气产物纯度高,具备大规模发展的潜力。而在大规模水电解过程中,电催化剂是不可或缺的元素之一。它能有效地加速电解水在阴阳两极反应的动力学过程。传统的贵金属基催化剂具有良好的电催化析氢、析氧活性,但成本高昂、储量稀缺,从而限制了其规模化地推广及应用。开发新型高效廉价的非贵金属基电催化剂已成为时下研究热点。中空碳基纳米材料集成了中空材料和碳基材料的优势,作为电催化剂,在电解水方面有着潜在的应用价值。本文总结了近年来微纳米结构碳基中空材料作为新型电解水催化剂的研究进展,介绍了高效碳基中空析氧/析氢催化剂的设计原则和相应的设计策略,并对开发持久高效的中空碳基电解水催化剂进行了总结和展望。     

低Pt载量PtFeNi@C催化剂制备及其电解水析氢性能

开发低成本、高性能的贵金属Pt基电催化剂对于电解水制氢反应(HER)具有重要意义。采用“双溶剂”(正己烷为分散剂，水为溶剂)策略，以棒状双金属FeNi-MOFs为前体，将H₂PtCl₆浸渍到双金属FeNi-MOFs孔道内，在Ar氛围600℃煅烧2 h得到PtFeNi@C复合催化材料，采用SEM、TEM、XRD和XPS对所合成材料的形貌、结构进行分析；采用电化学工作站测试催化剂的线性扫描伏安曲线(LSV)和Tafel斜率，研究合成材料的HER性能。结果表明PtFeNi@C催化剂在0.5 mol/L硫酸电解质中的电催化性能较好，电流密度为-10 mA·cm^-2时，过电位仅为-42 mV。     

二维层状纳米片材料制备及在电解水中应用的研究进展

高效、清洁的氢能被认为是化石能源最有潜力的替代能源之一。制氢方法中电解水制氢是非常简便、且易于规模化的一种方法,但是电解水过程中存在制氢能耗增加、成本升高等问题,因此制备能耗低、具有稳定催化效率的催化剂成为能源领域的研究热点。层状双金属氢氧化物（LDHs）由于具有独特的二维层状结构,使其组成易于调节、结构易于调控,因此具有高效的电催化活性。但是,LDHs存在尺寸大、厚度高的问题,导致电催化剂的活性位点的数目受限、本征活性低和电导率低,最终会影响LDHs的电催化性能。主要论述了LDHs的结构和电解机理以及作为电解水催化剂的研究现状,对目前存在的问题以及解决方法进行了归纳,并对未来的研究方向进行了展望。     

福建物构所电解水制氢研究取得新进展

<正>电解水制氢是实现可持续氢经济的一项重要能源技术。它能够由多种可再生能源转变的电能驱动实现清洁、快速、集中地生产高纯度的氢气,从而实现将时间、空间分布不均匀的可再生能源转换为稳定的化学能。电催化剂是提高电解水系统能源效率的关键部分。开发廉价、高性能的析氢和析氧催化剂是促进电解水系统大规模化应用的基础。在中国科学院战略性先导科技专项的资助下,中科院福建物质结构研究所结构化学国家重     

过渡金属化合物催化剂在电解水析氢中的应用进展

概述了过渡金属氧化物、硫化物、磷化物以及其复合材料作为电解水析氢反应催化剂的应用进展。讨论了过渡金属化合物中纳米结构、杂原子掺杂和缺陷工程等不同改性方法对电解水析氢反应的影响,分析了过渡金属化合物复合材料在电解水析氢反应中具有高效率的原因。总结了过渡金属化合物催化剂在电解水析氢领域应用面临的挑战和未来的机遇。     

具有核壳结构IrO_2@Ti的电解水析氧催化剂的研究

以H_2IrCl_6·nH_2O和钛粉为主要原料,采用硼氢化钠还原法制备铱包裹钛(Ir@Ti)催化剂。通过在450℃、500℃和550℃不同温度下对Ir@Ti催化剂进行加热处理,制备IrO_2包裹Ti(IrO_2@Ti)催化剂。通过X射线衍射(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)和电化学工作站研究合成催化剂的结构以及作为电解水工作电极的析氧性能。研究表明:该方法制备的IrO_2@Ti催化剂,纳米级IrO_2分布在Ti颗粒表面,形成了具有核壳结构的包裹型催化层。500℃下处理的IrO_2@Ti催化剂的具有最高的析氧活性。按照Ir∶Ti的摩尔比为1∶2,1∶6,1∶10配置的IrO_2@Ti催化剂,随着IrO_2含量的增高,形成了IrO_2外壳型结构,IrO_2催化层包覆在可以有效降低析氧电位。其中1∶2的催化剂的析氧性能最优,在常压下,25℃时,电解水电流为0.24 A·cm~(-2)时的电解电压为3 V。     

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。     

Ir0.5Pt0.5O2阳极的电催化活性及氧化电解水制备

氧化电解水作为一种新型、高效、环保的杀菌剂,具有广阔的应用前景。但目前在氧化电解水制备过程中,其阳极电催化材料存在效率低和使用寿命短等问题。采用亚当斯融合法制备了Ir_0.5Pt_0.5O₂复合氧化物电极。通过XRD表征,其晶型为典型的金红石型结构。SEM结果表明虽然颗粒之间存在团聚现象,但是可以明显观察到大量蜂窝状结构存在,提高了催化剂的比表面积和电化学面积。进一步的CV表征证明了这一点,同时在CV图中表现出明显的铂铱复合氧化物结构的特征。利用LSV技术分别考察了Ir_0.5Pt_0.5O₂的析氯和析氧极化曲线,发现其单位表观面积上析氯活性明显提高,而析氧活性明显降低。计算表明Ir_0.5Pt_0.5O₂的析氯反应Tafel斜率为56.3 mV·dec^-1,反应机理为Volmer-Heyrovsky机理,速控步骤为电化学脱附步骤;其析氧反应Tafel斜率为126.6 mV·dec^-1,控速步骤为催化剂表面氢氧化物的形成。进一步电化学阻抗实验表明在1 g·L^-1 NaCl溶液中, Ir_0.5Pt_0.5O₂析氯电催化活性优于IrO₂,这与前面研究结果一致。在此基础上,以Ir_0.5Pt_0.5O₂/Ti为阳极制备氧化电解水,在相同条件下,其有效氯含量明显优于IrO₂/Ti,同时电解效率也明显提高,强化试验寿命是IrO₂/Ti的3.14倍,大大提高了电极性能,有利于其商品化使用。