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。     

快速制备Co(OH)2用于高效析氧

简单快速地制备活性高、稳定好的电催化剂用于电解水制氢具有重要意义。以六水合硝酸钴为原料,利用三电极体系电化学工作站,在-1.0 V恒电位下在镍网上快速电沉积制备出Co（OH）₂@NF,采用XRD、XPS和SEM对Co（OH）₂@NF进行物相分析和形貌表征,在1 mol/L KOH电解液中对其电催化析氧性能进行了测试。结果表明,超薄片状结构增加了Co（OH）₂@NF与电解液的接触面积,增大了参与反应的有效活性位点数量。驱动10 mA/cm²的电流密度需要过电位为280 mV,塔菲尔斜率为70 mV/dec;具有良好的析氧稳定性和耐久性。     

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     

碱式磷酸氢钴双功能电催化剂及其在可充电锌-空气电池中的应用

具有高效和长循环的空气正极对构建高性能的可充电锌-空气电池(ZABs)至关重要。在此,首次采用水油两相水热合成方法,成功制备了一种双功能氧电催化剂Co₃(OH)₂(HPO₄)₂(Co-OH-HPi)。研究表明：Co-OH-HPi电催化剂具有较大比表面积和Co (Ⅲ)活性位点,展示出优异的ORR/OER双功能电催化性能。将该材料作为空气正极组装成ZABs后,具有较小的双功能氧电催化剂电势间隙(ΔE=0.81 V),1.42 V的高开路电压,在10 mA·cm^-2电流密度下816 mAh·g_Zn^-1的大放电比容量和150 mW·cm^-2的高峰功率密度。该研究提供了一种新颖的策略来合成优异的双功能电催化剂并应用于先进的锌-空气电池。     

凹凸棒石/g-C3N4复合材料的制备及其电催化析氧性能研究

以凹凸棒石(ATP)为载体, 通过原位沉积, 结合冷冻干燥、程序焙烧工艺在其表面负载不同质量分数的类石墨相氮化碳(g-C₃N₄)薄层材料, 制备系列ATP/g-C₃N₄复合材料用于电催化析氧反应, 产物标识为ATP/g-C₃N₄-w (质量分数w = mATP: (mATP + mg-C₃N₄)=0.33、0.40、0.50、0.67), 并研究在0.1 mol/L KOH的电解液中的电催化析氧性能。结果表明: g-C₃N₄薄层通过Si-O-C键牢固负载于凹凸棒石表面, 从而有效调变g-C₃N₄表面的电子层结构, 提供更多的催化活性位点。电催化析氧测试的结果表明: ATP/g-C₃N₄-0.50具有最优的析氧催化性能, 在10 mA/cm ²电流密度下其析氧过电位为410 mV, 塔菲尔斜率为118 mV/dec, 并表现出优异的析氧稳定性。     

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。      

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。     

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。     

Mn掺杂Ni(OH)2的合成及电化学性能研究

本工作采用缓冲溶液法制备Mn掺杂Ni(OH)₂(Ni_1-xMn_x(OH)₂, x=0.1, 0.2, 0.3, 0.4), X射线衍射测试表明样品主要是β相, 有少量Mn₃O₄杂相; 循环伏安测试表明, x=0.2的材料还原峰积分面积最大、还原分支的峰电流最高; 恒流充放电测试表明, 在100 mA/g电流密度下, Ni_0.8Mn_0.2(OH)₂放电比容量最高, 其第20次循环放电比容量为271.8 mAh/g, 同等条件测试的商用β-Ni(OH)₂放电比容量为253.6 mAh/g; 在300、500 mA/g电流密度下, Ni_0.8Mn_0.2(OH)₂放电比容量仍保持最高, 分别为294.7、291.5 mAh/g, 而且Mn掺杂Ni(OH)₂的循环稳定性也优于商用β-Ni(OH)₂。Mn掺杂可改善镍电极的循环稳定性、降低镍电极成本, 具有广阔的应用前景。     

铁掺杂二硫化钼纳米片作为高效的双功能电解水催化剂

设计和合成具有高活性、耐久性的非贵金属电解水催化剂对能量转化和储存具有重要意义。在研究中,通过硝酸铁、硫代乙酰胺与二水钼酸钠在无水乙醇中的水热反应制备了铁掺杂二硫化钼(Fe-MoS₂)的纳米材料。Fe-MoS₂具有较高的析氧反应(OER)活性,在1 mol/L KOH电解质中,当电流密度为10 mA·cm^-2时过电位为250 mV,塔菲尔斜率为219 mV·dec^-1,而且Fe-MoS₂在这些条件下可稳定超过10 h以上。同时其具有良好的析氢反应(HER)活性,在0.5 mol/L H₂SO₄电解质中,当电流密度为10 mA cm^-2时过电位为220 mV。此外,在1 mol/L KOH电解液中,Fe-MoS₂/C(阳极)//Fe-MoS₂/C(阴极)两电极体系具有良好的电解水催化活性,在10 mA cm^-2的电流密度下低电位为1.77 V。为开发...     

Revealing component synergy of Ni‒Fe/black phosphorous composites synthesized by self-designed electrochemical method for enhancing photoelectrocatalytic oxygen evolution reaction

Developing high-activity and low-cost catalysts is the key to eliminate the limitation of sluggish anodic oxygen evolution reaction (OER) during electrocatalytic overall water splitting. Herein, Ni‒Fe/black phosphorous (BP) composites are synthesized using a simple three-electrode system, where exfoliation of bulky BP and synthesis of NiFe composites are simultaneously achieved. Under light illumination, the optimized Ni‒Fe/BP composite exhibits excellent photoelectrocatalytic OER performance (e.g., the overpotential is 58 mV lower than a commercial RuO₂ electrocatalyst at a current density of 10 mA·cm⁻²). The electron transfer on this composite is proved to follow a Ni‒BP‒Fe pathway. The electronic structure of this Ni‒Fe/BP composite is effectively regulated, leading to optimized adsorption strength of the intermediate OH* and improved intrinsic activity for the OER. Together with active sites on the support, this Ni‒Fe/BP composite possesses abundant electrochemical active sites and a bug surface area for the OER. The introduction of light further accelerates the electrocatalytic OER. This work provides a novel and facile method to synthesize high-performance metal/BP composites as well as the approaches to reveal their OER mechanisms.     

Ni (OH)2-碳纳米管-还原氧化石墨烯复合材料的制备及电化学性能

利用简单易行的一步水热法制备了Ni（OH）₂-碳纳米管-还原氧化石墨烯（Ni（OH）₂-CNTs-RGO）三元复合材料,研究了不同水热反应温度对三元复合材料性能的影响。采用XRD、FTIR、Raman、X射线光电子能谱（XPS）、SEM及TEM对Ni（OH）₂-CNTs-RGO复合材料的结构和表面微观形貌进行表征。利用循环伏安（CV）、电化学交流阻抗（EIS）和恒电流充放电测试了复合电极材料的电化学性能。研究结果表明,当反应温度为120℃时,所制备的Ni（OH）₂-CNTs-RGO复合材料具有大的比表面积和三维网状结构,复合材料中六角形的β-Ni（OH）₂纳米片和CNTs均匀分散在RGO片层表面,有效阻止了RGO的团聚。Ni（OH）₂-CNTs-RGO复合电极材料在充电倍率为0.2 C时,放电比容量达到362.8 mAh/g,5 C时放电比容量为286.2 mAh/g,仍大于Ni（OH）₂在0.2 C时的放电比容量,表明CNTs与RGO的协同作用有效提高了电极材料的导电性和活性物质的利用率,最终提升了Ni（OH）₂-CNTs-RGO复合材料的倍率性能。     

还原剂对Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯复合材料结构及电化学性能的影响

为研究还原剂对Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料结构及电化学性能的影响,首先以氧化石墨烯(GO)和硝酸镍作前驱体,采用水热法制备了Ni(OH)_2/RGO复合材料;然后,利用XRD、SEM和Raman光谱仪表征了复合材料的结构和形貌,并采用循环伏安法、恒流充放电曲线和电化学阻抗谱研究了复合材料的电化学性能。结果表明:以(NH2)2CSO2作还原剂时,制备的β-Ni(OH)_2/RGO复合材料为RGO纳米片与Ni(OH)_2纳米片相互插层的结构;在电解液(6mol/L KOH溶液)中,0.2C放电倍率时β-Ni(OH)_2/RGO复合材料的比容量高达341.0mAh/g,10.0C放电倍率为时复合材料的比容量为242.2mAh/g,仍能保持β-Ni(OH)_2理论比容量的83.8%。所得结论表明制备的Ni(OH)_2/RGO复合材料显现出良好的电化学性能。     

原位生长在聚喹唑啉基共轭微孔聚合物表面的MoS2 及其析氢性能

合成一种三环喹唑啉的共轭微孔聚合物(TQ-CMPs)并用水热法使二硫化钼原位生长在其骨架表面,制备出一种新型复合电催化析氢催化剂并研究了它的电催化析氢活性。结果表明,TQ-CMPs与MoS₂的质量比为2∶1的催化剂具有优异的电催化析氢活性,其过电势为71 mV,Tafel斜率为52 mV·dec^-1。比表面积较大的TQ-CMPs,使MoS₂的分散度提高、避免了MoS₂的堆积和聚集并使更多的MoS₂边缘暴露,从而提高了催化剂的效率。TQ-CMPs丰富的孔道结构和延伸的π共轭骨架,有利于质量运输和电荷转移。     

水热合成镍铜复合磷化物及其电催化析氢与肼氧化性能

以镍网(NM, Nickel Mesh)为基体、NaH₂PO₂·H₂O为磷源、CuSO₄·5H₂O为铜源、NiSO₄·6H₂O为镍源, 采用一步水热法合成镍铜磷复合电催化剂, 对制备工艺进行优化, 并通过不同方法进行形貌、结构、组成和电催化性能表征。结果表明：当溶液中镍、铜、磷的配比为8: 1 :20时, 在140 ℃水热合成24 h, 制得主晶相为Ni₂P和Cu₃P、具有三级微纳结构的镍铜磷复合电催化剂。在电流密度为10 mA·cm ^-2时, NiCuP/NM的催化析氢及肼氧化过电势分别为165和49 mV; 在双电极体系中, 同电流密度下的分解槽压仅为0.750 V, 催化24 h后分解槽压几乎保持不变, 展现出优异的催化稳定性。无论三电极体系还是双电极体系均表现出优异的催化活性。分析认为, 电催化活性面积为空白镍网的近14倍, 为电催化过程提供了大量的活性位点; 掺入P改变了Ni、Cu原子的电子结构, 提高了材料的本征肼氧化活性, 两者的协同作用促进了电催化活性的提升。本研究为纳米尺度的合成提供了一个新的视角, 有望推动新型纳米孔结构材料在燃料电池和传感器应用中的发展。     

非晶Co-W-B/碳布复合电极材料的制备及其电解水催化性能

通过湿化学还原在碳布(CC)表面沉积非晶Co-W-B催化活性物质,制备一种自支撑Co-W-B/碳布(Co-W-B/CC)复合电极材料。电化学研究结果表明,Co-W-B/CC材料在NaOH溶液(1 mol/L)中表现出良好的电解水催化性能。制备过程中[WO₄^2-]/([WO₄^2-]+[Co²⁺])比值为50%的Co-50W-B/CC样品其催化活性最高：10 mA/cm²时的OER过电位为0.394V,OER过程的Tafel斜率为96.8 mV/dec;-10 mA/cm²时的HER过电位为0.098 V,HER过程的Tafel斜率为117.4 mV/dec。对电化学阻抗的分析结果表明,本征催化活性和电化学活性面积两者的提高,使Co-50W-B/CC样品在较低的电流密度下具有与贵金属基材料相近的催化活性。     

羟基锡酸盐载铂复合催化剂Pt/(Co,Zn)Sn(OH)6的合成及其甲醇电催化氧化性能

以羟基锡酸盐CoSn（OH）₆和ZnSn（OH）₆纳米空心立方体为前体,采用抗坏血酸作为弱还原剂,经过超声过程分别合成了羟基锡酸钴载Pt/CoSn（OH）₆和羟基锡酸锌载Pt/ZnSn（OH）₆复合催化剂,并在甲醇氧化反应（MOR）中表现出良好的性能。Pt/CoSn（OH）₆和Pt/ZnSn（OH）₆催化剂的单位质量活性分别为1 095.6 mA/mg和699.5 mA/mg,高于C载Pt（Pt/C）的594.6 mA/mg。利用XRD、SEM、TEM、XPS和电化学测试对催化剂晶体结构和性能间的关系进行了探索。CO溶出实验结果表明,羟基锡酸盐载体有利于Pt表面CO的去除,载体与Pt间的强相互作用和载体表面的大量羟基基团增强了催化剂的催化活性和CO抗毒性。此外,Pt/（Co,Zn）Sn（OH）₆催化剂中单质Pt高的相对含量也有利于提高MOR活性。通过研究载铂羟基锡酸盐电催化氧化甲醇性能,能够揭示载体结构对催化性能的影响,有助于羟基锡酸盐载铂复合催化剂在直接甲醇燃料电池（DMFCs）领域的应用。     

微胶囊Mg (OH)2的合成及其对乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的阻燃作用

用原位聚合方法合成了以微米Mg（OH）₂粒子为芯材、交联聚脲为壁材的微胶囊Mg（OH）₂（M-Mg（OH）₂）阻燃剂,并把M-Mg（OH）₂加入到乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）中,研究了M-Mg（OH）₂对EVA的阻燃作用。采用FTIR、SEM、热分析和酸滴定方法研究了M-Mg（OH）₂的性质,用极限氧指数（LOI）和垂直燃烧方法（UL-94）研究了M-Mg（OH）₂/EVA复合材料的阻燃性能以及酸腐蚀对M-Mg（OH）₂/EVA复合材料阻燃性能的影响。结果表明,采用原位聚合方法能够成功地在Mg（OH）₂粒子表面包覆交联聚脲壁材,得到M-Mg（OH）₂。与纯Mg（OH）₂相比,M-Mg（OH）₂的颗粒尺寸增大,热稳定性增加,在水中溶解度显著降低,在EVA基体中分散更加均匀。阻燃剂用量相同时,M-Mg（OH）₂/EVA复合材料的LOI总是比Mg（OH）₂/EVA复合材料的数值稍大。阻燃剂与EVA质量比小于135∶100时,两种复合材料的垂直燃烧级别均为V-2级,阻燃剂与EVA质量比在135∶100~150∶100之间时,前者的燃烧级别为V-0级,而后者只能达到V-2级,阻燃剂与EVA质量比超过150∶100时,两种复合材料都能达到V-0级。M-Mg（OH）₂/EVA复合材料的耐酸性比Mg（OH）₂/EVA大幅度提高,可以在酸性环境中使用。