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相似文献
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1.
蒙阳  杨婵  彭娟 《应用化学》2020,37(7):733-745
过渡金属磷化物(TMPs)因其导电性好、稳定性高而被广泛认为是电解水析氢反应(HER)的优异电催化材料。 本文主要围绕基于过渡金属Ni、Co、Fe磷化物纳米材料的合成、表征、以及在碱性介质中的电催化HER性能等方面展开。 从中得出结论,在一定范围内,TMPs体系中富磷相越多,其在碱性电解液中的HER活性越高。 为以后的研究提供了方向。  相似文献   

2.
万紫轩  王超辉  康雄武 《电化学》2022,28(10):2214005
过渡金属磷化物(TMP)是一种用于碱性条件下析氢反应(HER)的有效催化剂, 然而其活性严重受限于水解离步。本文通过在泡沫铜(CF)上生长Cu(OH)2纳米阵列, RuCl3溶液浸泡和磷酸化, 制备了一种具有较大比表面积和适当Ru掺杂的Ru-Cu3P自支撑催化剂(Ru-Cu3P/CF)。作为一种优良的HER催化剂,在电流密度为10 mA·cm-2时, 其过电位为95.6 mV, 比Cu3P/CF降低149.4 mV。其决速步由Volmer向Heyrovsky机制过渡。HER性能的提高可以归因于Ru掺杂磷化铜促进水解离过程,以及Cu(OH)2纳米阵列衍生Cu3P纳米结构具有更高的电化学活性面积, 从而保证了更多的活性位点。本论文突出了具有空的d轨道的金属掺杂促进水解离的重要性,为高性能电解水析氢催化剂的设计提供了新思路。  相似文献   

3.
作为析氢反应的电催化剂,富金属的过渡金属硫化物因能克服富硫金属催化剂所存在的如导电性有限和缺乏必要的纳米结构等不足,近年来受到越来越多的关注.本文介绍了具有镍黄铁矿型结构的三元富金属硫化物复合材料FexCo9-xS8和NiyCo9-yS8(x=y=0-4.5)的合成、表征及其电催化研究.首先,研究了二元钴化合物Co9S8中Co逐步被Fe或Ni取代直至4.5当量的变化过程.硫镍铁矿复合物中组分的变化有助于不同温度下酸性介质中的质子还原.其次,在还原电催化条件下,复合物中元素化学计量变化对其电化学活化/失活行为有决定性的影响.与Co9S8相比,Co缺陷复合材料表现出了更高的HER性能.Ni/Co化合物通常表现出比类似结构Fe/Co化合物更高的电催化析氢活性.  相似文献   

4.
采用简单的一锅法制备了血小板状Ru掺杂Ni_2P纳米片催化剂。金属Ru的引入不但显著增强了催化剂的电子传输性能,而且导致血小板状纳米片表面产生了大量阶梯/位错缺陷;此外,电催化活性位点测试表明Ru和Ni_2P均是电催化的有效活性组分。这些因素共同促进了电催化析氢(HER)和析氧反应(OER)过程。对于HER,该催化剂表现出明显优于单一Ni_2P和Ru且接近商用20%(w/w)Pt/C催化剂的初始电位(35 mV)和Tafel斜率(34 mV·dec~(-1))以及长久的稳定性(3 000圈)。对于OER,该催化剂表现出优于Ni_2P、Ru、20%Pt/C且接近商用IrO_2催化剂的初始电位(1.54 V)和过电势η10(0.49 V)。  相似文献   

5.
电催化水分解制氢是可以形成闭环的生产过程, 起始原料与副产物均为水、 过程清洁无污染, 是极具希望的产氢策略. 目前制约其发展的瓶颈之一是价格昂贵的Pt基贵金属催化剂. 为推动电催化分解水制氢的普及, 亟待开发低成本非贵金属催化剂. 在众多备选非贵金属催化材料中, 纳米层状结构二硫化钼(MoS2)因催化效果可期、 价格低而获得了广泛关注. 然而, 通常条件下易于获得的层状结构2H相MoS2大面积的基面部分显示惰性, 仅在片层边缘处存在少量活性位点, 且导电性较差, 因而尚不能替代Pt基催化剂, 而如何增加其活性位点数量和提高其导电性成为亟待解决的问题; 另一方面, 1T相MoS2虽然活性高、 导电性好, 但却存在制备困难及稳定性差的问题. 鉴于此, 研究者通过对纳米MoS2进行掺杂改性实现了其活性与稳定性的有效提升. 本文对非贵金属纳米MoS2催化剂掺杂改性的方法、 机理及其电催化水解制氢性能的相关研究进行了总结与讨论. 作为典型的非贵金属电解水析氢催化剂, MoS2具有巨大发展潜力, 本文能够对相关非贵金属催化剂的研发提供有益的参考.  相似文献   

6.
为了研发高效、稳定的电解水催化剂,我们以氧空位和磷掺杂为基础,通过原位浸泡生长和两步热处理的方法,在泡沫铁上合成具有氧空位和磷掺杂的纳米花结构作为析氢反应(HER)和析氧反应(OER)双功能电催化剂。CoFe2O4已被报道为一种很有前途的OER和氧还原反应(ORR)电催化剂,然而CoFe2O4在HER中表现出电导率差、电催化反应慢的特性。CoFe2O4中氧空位(Ov)的形成可以有效调控催化剂表面的电子结构,有助于产生更多的缺陷和空位,从而提高OER的活性。随后,引入磷原子填充在空位中,制备的P-Ov-CoFe2O4/IF在碱性电催化测试中展现出优异的HER和OER性能,在10 mA·cm-2电流密度下HER和OER过电位仅为54和191 mV,Tafel斜率分别为57和54 mV·dec-1,并具有良好的循环稳定性。  相似文献   

7.
过渡金属磷化物因其优异的催化性能成为最有可能取代贵金属的廉价电催化分解水制氢催化材料, 对其进行元素掺杂将有望大幅提升其活性和稳定性. 本文综合评述了近年来通过掺杂改性手段调节过渡金属磷化物性能的相关研究. 讨论了元素种类(金属掺杂、 非金属掺杂、 共掺杂)、 元素数量(单元素掺杂、 多元素掺杂、 高熵化)和掺杂位置等因素对过渡金属磷化物电子结构的影响; 并从实验和理论相结合的角度, 分析了掺杂元素对氢吸附强度、 水吸附解离及电荷转移传输等方面的作用规律, 获得了掺杂结构-电子结构-析氢反应催化性能间的构效关系. 最后, 讨论并提出了相关研究存在的挑战和未来的研究方向.  相似文献   

8.
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...  相似文献   

9.
对化石能源的依赖所造成的环境污染和能源危机在全球引起了广泛的关注.氢能由于其高能量密度、低分子质量以及清洁无污染的优点,被认为是人类根本性解决能源与环境等全球性问题的理想替代能源.电解水是生产高纯度氢的重要方法,是现代清洁能源技术的重要组成部分.水电解由阴极析氢(HER)和阳极析氧(OER)两个半反应构成.对于HER反应,其反应是基于二电子转移过程,反应过程相对容易进行.相比于HER反应,OER反应涉及四电子转移及氧-氧键形成,其反应动力学缓慢,是影响水电解效率的主要原因.因此,为了提高电解水制氢的能量转化效率,发展OER电催化剂成为水电解制氢技术的关键.在过去的十余年间,硫化物、硒化物、磷化物、硼化物等非贵金属基OER电催化剂被大量地研究及报道并取得了长足发展.在这些催化剂中,金属磷化物和硫化物不仅具有成本优势,而且在析氧过电位、耐久性方面正趋接近甚至超越RuO_2和IrO_2等贵金属催化剂,颇具应用潜力.本文总结磷化物和硫化物作为OER电催化剂的研究进展,重点介绍了磷化物和硫化物性能提升策略及其在OER过程中催化反应活性位的变化.本文首先介绍了电解水析氧反应在不同电解质中的反应机理,讨论了析氧反应在动力学和热力学过程的主要障碍.通过对大量文献的归纳,本文分别综述了磷化物和硫化物的化学性质、合成方法和催化性能,介绍了近年来磷化物和硫化物的重要研究进展.通过分析催化剂导电性、质子传输、活性面积、界面化学等因素对催化析氧反应的影响,总结了磷化物和硫化物电催化OER性能提升的策略.由于磷化物和硫化物在OER强氧化条件下,电催化剂表面的成分、物相及结构均会发生显著变化,进而催化反应活性位也会发生相应改变.本文综述了磷化物和硫化物在OER反应过程前后表面组分的变化,探讨了磷化物和硫化物作为OER电催化剂的活性组分,为进一步提高磷化物和硫化物的电催化析氧反应性能提供了崭新的思路.  相似文献   

10.
研究高活性和稳定性的非贵金属基析氢催化剂对解决当前能源危机和环境污染问题具有重要意义.碳化钨具有与贵金属Pt类似的d带电子结构,因而成为一类新兴的非贵金属析氢催化剂,受到广泛关注.磷掺杂是提高催化剂析氢活性的有效方法之一,然而目前最常见的构筑磷掺杂方法是使用多金属氧酸盐(POMs,如H3PW12O40),其固定的W/P原子比导致W2C中的掺杂浓度难以调控,并且磷掺杂主要是进入碳载体而不是碳化物本身,从而导致无法明确杂原子对其电催化析氢活性的贡献.本文采用植酸(PA)为磷源设计合成了可控磷掺杂W2C纳米颗粒,并探讨了催化剂组分、杂原子掺杂位置与析氢性能之间的关系.深入研究了磷掺杂碳化钨(WCP)的化学结构和析氢活性.与原始的W2C催化剂相比,WCP具有更高的本征活性、更快的电子转移速率和更多的活性位数量,并且在酸性和碱性条件下均表现出较好的析氢性能.特别是过电位为-200 mV时,WCP催化剂的本征活性在酸性和碱性条件下分别为0.07和0.56 H2 s-1,高出纯W2C(0.01和0.05 H2 S-1)数倍.同时,在电流密度为-10 mA cm-2时,优化后的WCP催化剂在酸性和碱性条件下的析氢过电位分别降低了96和88 mV.XPS及EDS元素分析结果表明,随磷源添加量增加,磷掺杂从碳化钨表面逐渐向内部扩散,进一步说明磷取代位置与析氢活性之间的构效关系,高浓度的表面磷取代可以加速质子捕获过程,从而显著提高其析氢活性,而过量的内部磷取代会破坏W2C结构,降低电子转移速率,从而导致析氢性能下降.利用密度泛函理论计算深入研究了WCP具有较好析氢性能的原因,与内部磷取代相比,表面磷取代会使碳化钨表现出更合适的氢吸附自由能,并且更加有效地降低了氢释放势垒,从而优化了析氢反应动力学.综上,本文为元素掺杂工艺提供了新的思路,同时研究了表面异质原子对析氢活性的关键作用,为该类催化材料的构效关系研究提供了新思路.  相似文献   

11.
徐黎黎  任冬燕  赵骁锋  易勇 《电化学》2021,27(5):570-578
探寻具有高导电性和高催化活性的析氢反应(HER)催化材料一直是可持续能源发展研究中的热点。Ti2C具有表面活性位点多和优良的力学稳定性、导电性等,已成为潜在的制氢催化剂。然而,终端O修饰Ti2C表面,会降低该材料的导电性,进而限制了电子在价带与导带间的输运。本研究通过Nb掺杂,构建双电层Janus-TiNbCO2,并借助VASP软件研究了Janus-TiNbCO2的能带结构、HER性能和HER反应路径过渡态。结果表明,Janus-TiNb-CO2为导体材料,其在应力、氧空位缺陷和H*覆盖度的影响下,均表现出极优异的催化活性,计算获得的最优ΔGH*值为0.02 eV。H*在Janus-TiNbCO2上可能以Heyrovsky路径进行反应,该路径的迁移能势垒为0.23 eV。Janus-TiNbCO2是一种具有HER应用前景的催化材料。  相似文献   

12.
《印度化学会志》2022,99(11):100775
A bifunctional electrocatalyst interface requires a superior charge transfer and good electric conductivity to produce an efficient and stable water splitting reaction. In the context of controlling the electrochemical activity of bifunctional catalytic materials, we demonstrate a novel approach to bridge conductive C-Qd-Mn interfaces with precise control. The excellent performance for hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) can be dominantly attributed to the unique structure of C-Qds-Mn, which provides abundant active sites and facilitates electron transfer between electrode and electrolyte. Eco-friendly C-Qds were synthesized using a large-scale thermal assisted technique and utilized as electrocatalysts with Mn3O4 in alkaline splitting ToF (Turn over Frequency) calculation to make an effective combination. Due to their increased ECSA, conductivity, and electron-hole transfer, the prepared C-Qds-Mn delivered excellent HER/OER (0.494 V/1.6671V) activity, lower Standard deviation 0.006 V and 0.009V, surpassing the 10 mA limit comparable to commercially.  相似文献   

13.
Poly(3,4‐ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) is a widely used conductive aqueous dispersion synthesized by using emulsion polymerization method. To further enhance its solution processability and conductivity of PEDOT derivatives, we proposed to replace the nonconductive PSS with conductive poly[2‐(3thienyl)‐ethoxy‐4‐butylsulfonate] (PTEB) as surfactant for the emulsion polymerization of PEDOT. The reaction involved colloid stabilization and doping in one step, and yielded PEDOT:PTEB composite nanoparticles with high electrical conductivity. Contrary to its counterpart containing nonconductive surfactant, PEDOT: PTEB showed increasing film conductivity with increasing PTEB concentration. The result demonstrates the formation of efficient electrical conduction network formed by the fully conductive latex nanoparticles. The addition of PTEB for EDOT polymerization significantly reduced the size of composite particles, formed stable spherical particles, enhanced thermal stability, crystallinity, and conductivity of PEDOT:PTEB composite. Evidence from UV–VIS and FTIR measurement showed that strong molecular interaction between PTEB and PEDOT resulted in the doping of PEDOT chains. X‐ray analysis further demonstrated that PTEB chains were intercalated in the layered crystal structure of PEDOT. The emulsion polymerization of EDOT using conducting surfactant, PTEB demonstrated the synergistic effect of PTEB on colloid stability and intercalation doping of PEDOT during polymerization resulting in significant conductivity improvement of PEDOT composite nanoparticles. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part A: Polym Chem 46: 2536–2548, 2008  相似文献   

14.
Exploiting high‐performance and inexpensive electrocatalysts for methanol electro‐oxidation is conductive to promoting the commercial application of direct methanol fuel cells. Here, we present a facile synthesis of echinus‐like PdCu nanocrystals (NCs) via a one‐step and template‐free method. The echinus‐like PdCu NCs possess numerous straight and long branches which can provide abundant catalytic active sites. Owing to the novel nanoarchitecture and electronic effect of the PdCu alloy, the echinus‐like PdCu NCs display high electrocatalytic performance toward methanol oxidation reaction in an alkaline medium. The mass activity of echinus‐like PdCu NCs is 1202.1 mA mgPd?1, which is 3.7 times that of Pd/C catalysts. In addition, the echinus‐like structure, as a kind of three‐dimensional self‐supported nanoarchitecture, endows PdCu NCs with significantly enhanced stability and durability. Hence, the echinus‐like PdCu NCs hold prospect of being employed as electrocatalysts for direct alcohol fuel cells.  相似文献   

15.
《化学:亚洲杂志》2018,13(11):1438-1446
Two‐dimensional transition‐metal dichalcogenides have been widely studied as electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER). However, limited active sites and poor conductivity hinder their application. To solve these disadvantages, heteroatom doping has attracted wide attention because it can not only increase the active sites but also affect the intrinsic catalytic properties of the electrocatalyst. Herein, we grew vanadium‐doped WS2 nanosheets on carbon cloth (V‐WS2/CC) as an electrocatalyst for HER under acidic and alkaline conditions. With a proper vanadium doping concentration, the electrochemical surface areas of V0.065‐WS2/CC were 9.6 and 2.6 times as large as that of pure WS2 electrocatalyst under acidic and alkaline conditions, respectively. In addition, the charge‐transfer resistance also decreased with moderate vanadium doping. Based on this, the synthesized vanadium‐doped WS2 nanosheets exhibited good stability with high HER catalytic activity and could reach a current density of 10 mA cm−2 at overpotentials of 148 and 134 mV in 0.5 m H2SO4 and 1 m KOH, respectively. The corresponding Tafel slopes were 71 and 85 mV dec−1. Therefore, our synthesized vanadium‐doped WS2 nanosheets can be a promising electrocatalyst for the production of hydrogen over a wide pH range.  相似文献   

16.
Tailor-made advanced electrocatalysts with high active and stable for hydrogen evolution reaction (HER)play a key role in the development of hydrogen economy.Herein,a N,P-co-doped molybdenum carbide confined in porous carbon matrix (N,P-Mo2C/NPC) with a hierarchical structure is prepared by a resources recovery process.The N,P-Mo2C/NPC compound exhibits outstanding HER activity with a low overpotential of 84 mV to achieve 10 mA/cm2,and excellent stability in alka...  相似文献   

17.
Monodisperse 11 nm indium tin oxide (ITO) nanocrystals (NCs) were synthesized by thermal decomposition of indium acetylacetonate, In(acac)(3), and tin bis(acetylacetonate)dichloride, Sn(acac)(2)Cl(2), at 270 °C in 1-octadecene with oleylamine and oleic acid as surfactants. Dispersed in hexane, these ITO NCs were spin-cast on centimeter-wide glass substrates, forming uniform ITO NC assemblies with root-mean-square roughness of 2.9 nm. The assembly thickness was controlled by ITO NC concentrations in hexane and rotation speeds of the spin coater. Via controlled thermal annealing at 300 °C for 6 h under Ar and 5% H(2), the ITO NC assemblies became conductive and transparent with the 146 nm-thick assembly showing 5.2 × 10(-3) Ω·cm (R(s) = 356 Ω/sq) resistivity and 93% transparency in the visible spectral range-the best values ever reported for ITO NC assemblies prepared from solution phase processes. The stable hexane dispersion of ITO NCs was also readily spin-cast on polyimide (T(g) ~360 °C), and the resultant ITO assembly exhibited a comparable conductivity and transparency to the assembly on a glass substrate. The reported synthesis and assembly provide a promising solution to the fabrication of transparent and conducting ITO NCs on flexible substrates for optoelectronic applications.  相似文献   

18.
可再生能源供应方案包括析氢反应(HER)、析氧反应(OER)、氧还原反应(ORR)和二氧化碳还原反应(CO2RR)等多种反应,电催化剂对这些反应至关重要。到目前为止,已有一系列导电MOFs作为与能源相关电催化电极材料的报道。本文从提高MOFs导电能力和对产物的选择性、增强MOFs的化学稳定性及增加MOFs的反应活性位点等方面介绍了导电MOFs作为电催化剂的设计策略,重点综述了其在能源转化涉及的HER、OER、ORR以及CO2RR方面的应用,并从材料制备和应用需求角度出发, 对高性能导电MOFs材料在电催化领域所面临的挑战和前景进行了展望。  相似文献   

19.
由于石墨相氮化碳(g-C3N4)的独特结构和性质,特别是其具有合适的能带结构位置及可调控的晶体结构,被广泛应用于光催化产氢反应中.然而,纯相氮化碳具有较快的光生电荷复合速率,这使其光催化产氢活性较低.目前,利用非金属或过渡金属原子掺杂可有效提升电荷分离速度,从而提高光催化产氢活性.相比于非金属掺杂,g-C3N4的三嗪环...  相似文献   

20.
本文在双子晶格导电模型的基础上,运用SCC-EHMO方法,研究了高性能二次电池阴极材料LiMO_2(M=Ti~(3+),V~(3+),Cr~(3+),Co~(3+),Ni~(3+),Nb~(3+)等)的电子结构和导电性关系。对不同材料导电性的悬殊差异给予理论解释,进一步发展了双子晶格导电模型。  相似文献   

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