NiFe水滑石纳米片阵列负载Ru用于提升碱性电催化析氢和析氧性能

通过离子交换的方式将Ru负载到NiFe水滑石(LDH)纳米阵列表面得到(Ru/NiFe LDH),Ru的引入显著提升了NiFe LDH的活性比表面积,暴露了更多的活性位点,同时调控了其电子结构,大大提升了其本征催化活性。在碱性条件下,催化析氢反应时仅需50 mV的过电位即可达到10 mA·cm^-2的电流密度,Tafel斜率为52.3 mV·dec^-1。而相同条件下原始NiFe LDH达到10mA·cm^-2的电流密度则需要226 mV的过电位,Tafel斜率为157.5 mV·dec^-1。同时制备的Ru/NiFe LDH也展现出了良好的析氧催化活性,在50 mA·cm^-2的电流密度下,过电位仅为231 mV,而NiFe LDH则需237 mV。Ru/NiFe LDH在长时间的电催化条件下依然能保持良好的工作稳定性。     

泡沫镍原位负载双金属AlCo层状双氢氧化物纳米催化剂高效电催化析氧反应

经一步水热法在泡沫镍（NF）上原位生长获得了AlCo-LDH/NF （LDH=层状双氢氧化物）催化剂。基于AlCo-LDH的高表面积和良好相界面,催化剂表现出了优异的电催化析氧反应（OER）活性。在碱性介质中,当电流密度为200 mA·cm^-2时,AlCo₃-LDH/NF催化剂具有419 mV的低过电位和50.04 mV·dec^-1的低Tafel斜率。     

表面硫化和磷化提升钼酸镍的析氢性能

首先通过水热过程在泡沫镍（NF）上生长出钼酸镍纳米棒阵列（NMO/NF）,再依次利用水热硫化和气相磷化法改性钼酸镍纳米棒阵列获得三维自支撑析氢电催化剂（PS-NMO/NF）。研究表明,硫化作用诱导钼酸镍纳米棒阵列向类珊瑚球结构转变并形成具有高电化学活性表面积的无定形硫化物壳层,显著提高钼酸镍析氢反应（HER）活性。进一步磷化处理,表面形成的无定形磷酸盐与硫化物形成丰富的异质界面,促进了电子转移,进一步提升了电极的HER性能。在1 mol·L^-1 KOH电解液中,电流密度为10 mA·cm^-2时,PS-NMO/NF所对应的析氢过电势为93 mV; 100 mA·cm^-2的电流密度所对应的析氢过电势仅为180mV,Tafel斜率为67 mV·dec^-1,而且在20 h内可稳定运行,无明显衰减。     

简易电沉积法制备CoFe-P催化剂用于高效析氧反应

开发低成本、高活性且稳定的非贵金属催化剂是实现大规模电解水制氢的关键所在。在此,我们通过简便、合理的电沉积法在泡沫镍(NF)上构建了一种具备超薄二维纳米片形貌的高度非晶相Co1Fe1-P薄膜用于高效催化析氧反应（OER）。在1.0mol·L^-1 KOH溶液中,所制备的Co1Fe1-P/NF催化剂在电流密度为10和100 mA·cm^-2处的过电位分别为274.4和329.5 mV,Tafel斜率仅为45.3 mV·dec^-1,可以媲美商业RuO₂催化剂。此外,Co1Fe1-P/NF催化剂在10 mA·cm^-2的100 h计时电压法测试和1 000次循环伏安法测试中均表现出卓越的催化稳定性。Co1Fe1-P/NF催化剂优秀的催化活性归因于其独特的形貌、高度非晶相结构提供的低能垒、优化的电子结构以及钴磷化物和铁磷化物的强协同效应。     

片状NiWP@多面体NiWO电催化剂的制备及其析氢性能

采用水热法在泡沫镍上制备多面体镍钨氧化物(NiWO)前驱体,然后在不同温度下对前驱体进行磷化处理,获得片状镍钨磷化物(NiWP)@多面体NiWO复合电催化剂。结果表明：优化磷化温度可显著改善片状NiWP@多面体NiWO电催化析氢性能。当磷化温度为450℃时,所得电极具有较好的析氢催化活性,在1 mol·L^-1 KOH中仅需115 mV的过电位就能达到10 mA·cm^-2的电流密度,Tafel斜率为85 mV·dec^-1,与铂片的Tafel斜率相近。此外,24 h长期稳定性测试结果表明该电催化剂具有良好的稳定性。优异的性能可归因于片状NiWP@多面体NiWO复合结构增大了催化活性面积,减小了电荷/质量传输阻力,使得析氢反应中电子转移速度加快,反应动力学性能提高。     

简易电沉积法制备CoFe-P催化剂用于高效析氧反应

开发低成本、高活性且稳定的非贵金属催化剂是实现大规模电解水制氢的关键所在。在此,我们通过简便、合理的电沉积法在泡沫镍(NF)上构建了一种具备超薄二维纳米片形貌的高度非晶相Co1Fe1-P薄膜用于高效催化析氧反应(OER)。在1.0mol·L^-1 KOH溶液中,所制备的Co1Fe1-P/NF催化剂在电流密度为10和100 mA·cm^-2处的过电位分别为274.4和329.5 mV,Tafel斜率仅为 45.3 mV·dec^-1,可以媲美商业 RuO₂催化剂。此外,Co1Fe1-P/NF 催化剂在 10 mA·cm^-2的 100 h 计时电压法测试和1 000次循环伏安法测试中均表现出卓越的催化稳定性。Co1Fe1-P/NF催化剂优秀的催化活性归因于其独特的形貌、高度非晶相结构提供的低能垒、优化的电子结构以及钴磷化物和铁磷化物的强协同效应。     

一步法合成的FeOOH/黑磷纳米复合材料协同实现体系优异的析氧性能

通过水热法，在黑磷(BP)纳米片表面生长FeOOH纳米材料，制备出FeOOH/BP纳米复合材料。作为电化学析氧反应(OER)催化剂，该复合材料在20 mA·cm^-2时的过电位仅为191 mV，Tafel斜率为49.9 mV dec^-1；在循环1 000圈后，过电位仅仅增加了3 mV，且循环过程中元素价态不变，表现出优秀的稳定性。纳米FeOOH负载于BP表面，客观上能隔断氧气对BP的氧化，保护BP的载流子传导性能。同时，生长的FeOOH颗粒尺度小，结晶性弱，这有利于丰富其活性位点，增大活性面积。     

两步电沉积构建NiFe/Ni3S2/NF分级异质电极用于大电流密度析氧反应

通过简便的两步电沉积法在泡沫镍表面有效复合非晶态Ni₃S₂材料与富缺陷的NiFe双金属羟基氧化物,从而构建了NiFe/Ni₃S₂/NF三维分级纳米异质电极。受益于非晶态Ni₃S₂和富缺陷NiFe材料的结构和催化优势,以及异质界面的强电子相互作用,使得NiFe/Ni₃S₂/NF催化电极表现出优异的析氧催化性能：达到100 mA·cm^-2时的析氧过电位仅为273 mV,远优于大多数已报道的Ni/Fe基复合材料。值得注意的是,在1 mol·L^-1 KOH溶液中,仅需~372 mV的过电位即可稳定输出1 000 mA·cm^-2的高电流密度达27 h以上。     

一步法合成的FeOOH/黑磷纳米复合材料协同实现体系优异的析氧性能

通过水热法,在黑磷(BP)纳米片表面生长FeOOH纳米材料,制备出FeOOH/BP纳米复合材料。作为电化学析氧反应(OER)催化剂,该复合材料在20 mA·cm^-2时的过电位仅为191 mV,Tafel斜率为49.9 mV dec^-1;在循环1 000圈后,过电位仅仅增加了3 mV,且循环过程中元素价态不变,表现出优秀的稳定性。纳米FeOOH负载于BP表面,客观上能隔断氧气对BP的氧化,保护BP的载流子传导性能。同时,生长的FeOOH颗粒尺度小,结晶性弱,这有利于丰富其活性位点,增大活性面积。     

PtRu/氮掺杂碳电催化甲醇氧化及电解水析氢性能

将三聚氰胺、RuCl₃及炭黑以一定的比例分散于乙醇中,采用旋转蒸干及高温热处理合成了一种氮掺杂碳(NC)负载Ru的Ru/NC 催化剂。采用硼氢化钠液相化学还原法合成了不同 Pt、Ru 负载量的 PtRu/NC 催化剂,并用于电催化甲醇氧化反应(MOR)及电催化分解水析氢反应(HER)。结果表明,合成的催化剂中 Pt₁Ru/NC(Pt、Ru的实际负载量分别为 1.14%、0.54%)表现出最优的MOR性能,质量活性达4.96 A·mg^-1_PtRu,且经10 000 s稳定性测试后质量活性保持在测试前的91.1%。同时,当电流密度为100 mA·cm^-2时,Pt₁Ru/NC在HER中表现出最低的过电位(103 mV)和最小的Tafel斜率(15.29 mV·dec^-1)。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、扫描透射电子显微镜(STEM)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP‐OES)、STEM‐能谱(STEM‐EDS)技术PtRu/NC双金属催化剂,其具有优异催化性能的原因如下：(1) PtRu双金属纳米颗粒高度分散于NC上;(2) Pt以纳米团簇或单原子形式负载于Ru上,后负载于NC,形成了Pt‐Ru相分离结构;(3) Pt、Ru与N之间存在协同效应。     

氮掺杂碳纤维负载镍钴硒化物的制备及其电催化析氢性能

以静电纺丝制备的纤维为前驱体,通过煅烧、硒化处理等工艺合成了负载双金属硒化物纳米粒子的氮掺杂碳纤维(NCF)材料((Ni,Co)Se2/NCF),并对其进行了一系列相关的表征,研究了其在酸性和碱性条件下的析氢性能.(Ni,Co)Se2纳米粒子被锚定于NCF中,有效地阻止了纳米粒子的聚集,提供了更多的催化活性位点.电催化...     

一种家蚕茧衍生具有蜂窝状结构的钴-锰共掺杂碳材料双功能电解水催化剂

通过一步碳化石墨化过程,由家蚕茧制得了一种具有蜂窝状结构的氮钴锰共掺杂碳材料。该材料具有蜂窝状结构和高比表面积,同时由于暴露的钴-锰活性位点以及富含的吡啶氮和石墨氮,3%钴-锰/蚕茧的碳材料(3%Co-Mn/SCC)显示了高析氢反应活性,其初始电位和10 m A·cm~(-2)过电位分别只有121和155 m V,Tafel斜率为130 m V·dec~(-1),并且在酸性条件下具有很好的稳定性。与此同时,2%Co-Mn/SCC在碱性条件下表现出优异的析氧反应催化性能,具有较低的初始电位,Tafel斜率为143 m V·dec~(-1)。     

The preparation of ionic liquid based iron phosphate/CNTs composite via microwave radiation for hydrogen evolution reaction and oxygen evolution reaction

Water electrolysis is a promising method for hydrogen production, so the preparation of low-cost and efficient electrocatalysts with a quick and simple procedure is crucial. Herein, iron phosphate (Fe₇(PO₄)₆) was prepared via microwave radiation using ionic liquid (IL) as iron and phosphorus dual-source. This method is simple and rapid, and the product can be directly used as electrocatalysts without further treatment. The experimental results show that the IL can influence the morphology and electrocatalytic performance. Moreover, the addition of carbon nanotubes (CNTs) is favorable for formation of iron phosphate nanoparticles to improve the catalytic activities. As hydrogen evolution reaction (HER) catalyst, this iron phosphate/CNTs exhibits an onset overpotential of 120 mV, Tafel slope of 32.9 mV dec^-1, and current densities of 10 mA cm⁻² at overpotential of 185 mV. Then, it obtains a good activity for oxygen evolution reaction (OER) with a low onset potential of 1.48 V, Tafel slope of 73.3 mV dec^-1, and it only needs an overpotential of 300 mV to drive the 10 mA cm⁻². This bifunctional catalyst also shows good durability for HER and OER. This microwave-assisted method provides an outstanding strategy to prepare iron phosphate in a simple and fast process with good catalytic performance for water splitting.     

硼、磷共掺杂铁钴双金属材料的制备及其电催化析氧性能

采用一步水热法合成了硼、磷共掺杂铁钴材料(Fe-Co-B-P)。借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等技术对所合成材料的形貌、结构和组成进行表征。利用线性扫描伏安(LSV)、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等技术研究材料电化学析氧反应(OER)性能。结果表明,Fe-Co-B-P表面疏松且粗糙,颗粒间有许多空隙。在电流密度为10和100 mA·cm^-2时,其过电势分别为278和309 mV,Tafel斜率为24 mV·dec^-1,说明该材料具有较优的电催化析氧性能。其在连续进行10 h的计时电位测试过程中,电势基本保持在1.55 V(vs RHE),表明该催化剂具有较好的电化学稳定性。这是由于铁钴双金属与硼、磷非金属之间的协同作用促进了电子的传递。     

CuCo2O4/NiFe层状双金属氢氧化物核壳纳米花球阵列的高效析氧反应

采用界面工程策略在泡沫镍(NF)上制备了 CuCo₂O₄/NiFe 层状双金属氢氧化物(LDH) (CuCo₂O₄/NiFe-LDH@NF)核壳纳米花球阵列。研究表明,电子通过CuCo₂O₄和NiFe-LDH耦合界面发生转移,导致核心CuCo₂O₄处于富电子状态,从而提高了反应速率。非晶态NiFe-LDH外壳不仅为电子/物质提供更多的传输通道和增加活性位点。同时,还能在电催化析氧反应(OER)中保护核心 CuCo₂O₄免受强碱腐蚀。因此,在 1.0 mol·L^-1 KOH 溶液中,将 CuCo₂O₄/NiFe-LDH@NF 用作 OER 催化剂时,仅需 191mV 的低过电位即可实现 10 mA·cm^-2的电流密度和 31 mV·dec^-1的低 Tafel斜率。此外,CuCo₂O₄/NiFe-LDH@NF 在长时间的工作中能够保证催化性能、晶体结构、形貌结构和组成的稳定。