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相似文献
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1.
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-1KOH溶液中,仅需~372 mV的过电位即可稳定输出1000 mA·cm-2的高电流密度达27 h以上。  相似文献   

2.
采用快速凝固与脱合金相结合的方法制备了纳米多孔Ni, 经热处理氧化获得纳米多孔NiO, 利用X射线衍射仪(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附-脱附仪(BET)对纳米多孔Ni和NiO的物相、 形貌结构和孔径分布进行了表征, 并通过循环伏安、 稳态极化和电化学阻抗分析研究了电极的电催化析氧性能. 结果表明, 由Ni30Al70所得纳米多孔Ni具有多层次纳米多孔结构, 在10 mA/cm 2电流密度下析氧过电位仅为224 mV, 交换电流密度为0.63297 mA/cm 2, 表观活化自由能为40.297 kJ/mol, 经1000次循环后, 过电位降低了5 mV(j=10 mA/cm 2), 表现出良好的催化稳定性和耐久性; 热处理氧化降低了NiO的比表面积与电化学活性面积, 平衡电位下扩散传质速率明显减小, 析氧活性较Ni电极有所下降.  相似文献   

3.
开发碱性体系的高效低成本析氧电催化剂是由可再生能源转化制氢的关键。本研究通过在泡沫Ni基底上原位电化学沉积的方法制备了花瓣状NiFeOxHy和NiFeOxHy/rGO复合催化剂用于析氧反应。花瓣状的结构不仅明显提高了催化剂的比表面积,而且暴露了更多的层状边缘和缺陷,进而增加了催化剂的活性中心。还原氧化石墨烯的加入进一步提升了催化剂的电导和析氧电催化性能,通过优化NiFeOxHy/rGO在1 mol/L KOH溶液中的析氧性能为:过电位200 mV(10 mA/cm2)、Tafel斜率29.11 mV/decade,并且保持了较好的稳定性。  相似文献   

4.
采用脱合金化和水热合成的方法制备纳米多孔Ni和纳米多孔Ni3S2/Ni复合电极。通过N2吸附-脱附测试、XRD、SEM、TEM等方法表征电极的孔径分布、物相和微观结构。在1 mol·L-1的NaOH溶液中,运用线性扫描伏安(LSV)曲线、交流阻抗(EIS)谱图、恒电流电解法等测试电极的电催化析氢性能。结果表明:在电流密度为50 mA·cm-2时,与纳米多孔Ni相比,Ni3S2/Ni合金具有更低的析氢过电位以及更高的析氢活性,同时纳米多孔Ni3S2/Ni复合电极具有更低表观活化能和电子转移阻抗,进一步明确了过渡金属硫化物对电催化析氢性能的特殊贡献。  相似文献   

5.
氢能具有能量密度高、清洁无污染等优势,被认为是理想的能源,受到越来越多的关注.利用太阳能和风能等可再生能源电解水制氢是一种极具发展前景的可以规模化获取清洁氢气的能源技术,其挑战在于如何降低电能消耗并实现稳定地高速电解制氢.由于电解水阳极析氧反应(OER)涉及四电子转移,动力学过程缓慢,是电解水过程的决速步骤.因此,开发高效、廉价、稳定的OER电催化剂对于推动电解水制氢的应用至关重要.硫族化合物具有良好的导电性,对OER中间体表现出适宜的吸附/脱附能力,是一类高活性的析氧电催化剂.但在析氧反应中硫族化合物会不可避免地发生氧化,导致其结构坍塌,使其性能发生大幅衰减.NiOOH被认为是Ni(OH)2、NiSe和NiS等镍基电催化剂析氧过程中的真实催化活性位点,在析氧反应过程中表现出优异的稳定性.因此,结合硫族化合物的高催化活性和羟基氧化物的高稳定性,将有望获得高效稳定的析氧电催化剂.本文提出了一种选择性硒掺杂的策略,实现了不锈钢基底上NiFe2O4/NiOOH异质结的选择性硒掺杂,获得了硒掺杂浓度可调的NiFe2O4-xSex/NiOOH异质结电催化剂,大幅提升了其电催化析氧性能.采用X射线衍射技术、拉曼光谱、扫描电镜和透射电镜技术等对NiFe2O4/NiOOH异质结的结构、形貌和组分进行了表征.利用X射线光电子能谱和透射电镜的能量色散光谱仪对硒掺杂产物的元素组成和分布进行了分析.结果表明,硒元素仅掺杂到NiFe2O4纳米颗粒中,而NiOOH纳米片骨架保持不变,保证了催化剂在析氧过程的稳定性.NiFe2O4-xSex/NiOOH异质结电极在1 M KOH溶液中表现出较好的析氧性能,达到10和500 mA cm?2电流密度所需要的过电位分别仅为153和259 mV,塔菲尔斜率为22.2 mV dec?1.更重要的是,NiFe2O4-xSex/NiOOH电催化剂的电化学性能稳定性,计时电流测试表明,在10~400 mA cm?2电流密度下可稳定工作.稳定性测试表明,催化剂在100 mA cm?2的电流密度下可稳定工作至少300 h.电催化过程研究表明,选择性硒掺杂提高了界面间电荷输运能力,改善了电极表面的浸润性,优化了活性位点的电子结构,从而大幅提高催化剂的电催化性能.密度泛函理论计算结果表明,硒掺杂会导致NiFe2O4表面晶格发生畸变,显著改善了反应中间体的吸附过程,因此明显降低了析氧反应决速步骤的能垒.本研究结果将为未来探索高效和稳定的电催化剂提供新的研究思路.  相似文献   

6.
析氧反应(OER)是电解水制氢的关键步骤,开发高效、稳定、廉价的OER电催化剂是目前该领域的研究热点.碱性电解液中的OER电催化剂成分以Mn、Fe、Co、Ni等为主,其中单一组分的Fe基化合物催化活性不高,但碱性电解液中的痕量铁杂质极易掺入Ni、Co等非Fe基材料的结构中,极大影响其OER催化性能,即现有大部分非Fe基化合物无法回避Fe的影响.为探究Fe基多金属电催化剂的活性规律,本文以结构清晰、组分可控的Fe基金属有机框架材料为基底,通过掺入Mn、Co、Ni等元素构建双元金属化合物Fe2M-MIL-88B(M=Mn,Co,Ni),并围绕上述Fe基双金属电催化剂的构效关系展开研究.扫描电镜、透射电镜、X射线衍射光谱、红外光谱等表征结果表明,所制备的Fe基双金属材料均为具有MIL-88B构型的纳米棒,其特征三核金属簇Fe3O中的一个铁原子被第二元金属所替代,从而形成相应的三核混合金属簇Fe2MO.上述Fe基双金属催化剂的析氧催化活性顺序为:Fe2Ni>Fe2Co>Fe2Mn>Fe(0.1 M KOH电解液).其中,Fe2Ni-MIL-88B电催化剂在10 mA cm-2析氧电流对应的过电位仅需307 mV,明显低于OER基准电催化剂20 wt%Ir/C(376 mV).结合材料的元素组成、电化学活性比表面积(ECSA)及金属价态分析发现,第二元金属的引入会在不同程度上降低Fe的价态,其中Ni的影响程度最大,Co次之,Mn的影响最小.借助分子轨道理论对上述实验现象进行了解释.处于低自旋态的Ni2+与邻近桥氧O2-之间存在电子排斥作用,因此部分电子将从Ni2+经O2-转移至高自旋态的Fe3+,从而在Ni2+和Fe3+之间形成了较强的电子耦合作用.Co2+具有和Ni2+相似的构型,但影响稍小.而Mn2+和Fe3+同为高自旋态,对Fe3+的电子结构影响最小,导致活性改善程度最低.密度泛函理论计算得到的自旋态变化情况印证了上述推测.该系列Fe基双金属材料的催化性能主要受金属活性位点的电子结构影响,Fe与邻近金属间形成的电子耦合作用修饰了金属活性位点的电子结构,从而提高了材料的OER本征催化活性.  相似文献   

7.
本文通过分步还原Ru、Pt前驱体,制备了以Ru为核、PtRu合金为壳的Ru@Pt0.24Ru纳米花电催化剂,其平均直径为16.5±4.0 nm. 利用高分辨电子显微镜、电感耦合等离子体原子发射光谱和X射线光电子能谱等表征了这种电催化剂的结构和组成. 在1 mol·L -1 KOH水溶液中,核壳结构Ru@Pt0.24Ru/C纳米花氢析出反应的过电位为22 mV(@10 mA·cm -2),耐久性测试后过电位增加至30 mV(@10 mA·cm -2),明显优于商业Pt/C电催化剂(初始值:60 mV@10 mA·cm -2,耐久性测试后:85 mV@10mA·cm -2). 显著提高的电化学活性可能源于核壳结构Ru@Pt0.24Ru纳米花的电子效应和几何效应,耐久性的改善可能源于核壳结构Ru@Pt0.24Ru纳米花结构的稳定性.  相似文献   

8.
在无额外的添加剂和保护剂的情况下,以柠檬酸钠还原氯金酸制得链状金纳米粒子,使用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察样品. 层层自组装技术可将金纳米粒子自组装,并分别以L-甲硫氨酸(L-Methionine,L-Met)、硫脲(Thiourea,TU)、丙烯基硫脲(Allyl thiourea,ATU)和聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone,PVP)交联剂自组装于玻碳基底,即得金纳米粒子修饰电极. 以[Fe(CN)6]3-/4-氧化还原电对为探针,考察该修饰电极的电化学性质. Au/L-Met/GC电极有最佳电化学性能,循环伏安曲线和计时电流曲线测试表明,Au/L-Met/GC电极的H2O2电催化氧化有较高的灵敏度,线性范围2×10-7 ~ 3×10-3 mol·L-1,检出限6.67×10-8 mol·L-1.  相似文献   

9.
以高含氮量的苯胺五聚体二羧酸为配体, 在预氧化的泡沫镍上通过溶剂热反应合成了Fe, Co金属有机框架材料Fe/Co-MOF, 再以Fe/Co-MOF为金属源和碳源, 经磷化后制备出一种新型的双金属(Fe, Co)和杂原子(N, P)共掺杂的碳材料Fe/Co/P-NPs. 通过扫描电子显微镜和高分辨透射电子显微镜表征发现, Fe/Co/P-NPs由纳米粒子和纳米片组成, 并且形成Fe2P和Co2P两种晶体. 电化学测试结果表明, Fe/Co/P-NPs在析氢、 析氧及水电解中表现出了优异的多功能催化活性. 在1 mol/L KOH中, Fe/Co/P-NPs在10和100 mA/cm 2电流密度时的析氧过电位分别为270和300 mV, 均小于其它对比材料, 优于负载在泡沫镍上的RuO2. 作为水电解双功能催化剂, Fe/Co/P-NPs仅需1.48 V的电位即可获得10 mA/cm 2的电流密度.  相似文献   

10.
通过化学镀法制备了具有“三明治夹心”结构的Ni-P@Ni-B/Ni催化电极. 该催化材料为直径1 μm左右的微球. 电化学性能测试结果表明, 在电流密度为10 mA/cm 2时, 其在0.5 mol/L PBS缓冲液(pH=7)中的过电位仅为287 mV, 在此电位下连续工作24 h后, 电流密度仅衰减了7.6%. 同时Ni-P@Ni-B/Ni在酸性(0.5 mol/L H2SO4)和碱性(1 mol/L KOH)条件下也具有优异的析氢反应催化活性, 达到相同电流密度时过电位分别为199和79 mV. 该工作为全pH环境下高效电解水制氢提供了新思路.  相似文献   

11.
为简化电解水催化剂的合成过程和优化电解水操作系统, 双功能电解水催化剂的研究, 特别是在碱性条件下同时具有优异催化氢析出和氧析出反应性能的双功能电催化剂的研究尤为重要. 其中, 过渡金属硫化物, 特别是 CoNi 硫化物, 被报道有与氢化酶类似的催化活性中心, 从而具有优异的催化氢析出和催化氧析出反应性能. 虽然有关对过渡金属硫化物的研究很多, 但主要集中在具有一维纳米线和二维纳米片形貌结构的过渡金属硫化物. 不幸的是, 这些形貌结构的过渡金属硫化物在电催化过程中容易聚集和受限于电荷传输能力. 三维纳米结构的材料具有较大的比表面积以分布更多的活性位点和拥有良好的电子传输能力, 所以, 开发三维纳米结构的过渡金属硫化物材料可能是改进其催化电解水性能的一个好途径. 本文采用简单的两步水热法, 通过硫化合成的 CoNi 前体得到了长于泡沫镍上的三维百合花状的 CoNi2S4(Co-Ni2S4/Ni). 它只需要 54 mV 的过电位即可获得 10 mA cm-2的催化氢析出反应电流, 是最好的碱性催化氢析出反应电极材料之一. 它在驱动 100 mA cm-2的催化氧析出反应电流时也只需要 328 mV 的过电位. 另外, 把 CoNi2S4/Ni 分别作为阴极和阳极组装成双电极碱性水电解槽时, 它只需要 1.56 V 的电压即可获取 10 mA cm-2的催化全电解水电流并具有良好的催化全电解水稳定性.扫描电子显微镜、透射电子显微镜和 N2吸脱附曲线测试结果表明, 该三维百合花状的 CoNi2S4/Ni 的表面粗糙度高和拥有多孔特性. 多孔结构的 CoNi2S4/Ni 可提供更多可接触的催化活性位点, 也有利于催化过程中的电解质和生成的气体的扩散与传递. 交流阻抗图谱测试结果表明, CoNi2S4/Ni 具有良好的电子传输能力. 另外, 不同于前期对尖晶石结构的硫化物 AB2S4的研究结果, XPS 结果表明, CoNi2S4/Ni 中含有 Niб+和 Sб-活性物种, 表明 CoNi2S4具有与活性氢化酶类似的活 性中心. Niδ+和 Sδ-可分别作为氢氧根和质子的接收体, 协助促进吸附的水分子的分离, 从而提高材料的催化性能. 所以, Niδ+和 Sδ-活性物种的出现, 大比表面积的三维百合花状多孔结构和良好的电荷传输能力等特性集合于 CoNi2S4/Ni 上使得CoNi2S4/Ni 具有优异的催化氢析出和催化氧析出反应性能.  相似文献   

12.
Water electrolysis is a promising source of hydrogen; however, technological challenges remain. Intensive efforts have focused on developing highly efficient and earth‐abundant electrocatalysts for water splitting. An effective strategy is proposed, using a bifunctional tubular cobalt perselenide nanosheet electrode, in which the sluggish oxygen evolution reaction is substituted with anodic hydrazine oxidation so as to assist energy‐efficient hydrogen production. Specifically, this electrode produces a current density of 10 mA cm?2 at ?84 mV for hydrogen evolution and ?17 mV for hydrazine oxidation in 1.0 m KOH and 0.5 m hydrazine electrolyte. An ultralow cell voltage of only 164 mV is required to generate a current density of 10 mA cm?2 for 14 hours of stable water electrolysis.  相似文献   

13.
Iron is the cheapest and one of the most abundant transition metals. Natural [FeFe]‐hydrogenases exhibit remarkably high activity in hydrogen evolution, but they suffer from high oxygen sensitivity and difficulty in scale‐up. Herein, an FeP nanowire array was developed on Ti plate (FeP NA/Ti) from its β‐FeOOH NA/Ti precursor through a low‐temperature phosphidation reaction. When applied as self‐supported 3D hydrogen evolution cathode, the FeP NA/Ti electrode shows exceptionally high catalytic activity and good durability, and it only requires overpotentials of 55 and 127 mV to afford current densities of 10 and 100 mA cm2, respectively. The excellent electrocatalytic performance is promising for applications as non‐noble‐metal HER catalyst with a high performance–price ratio in electrochemical water splitting for large‐scale hydrogen fuel production.  相似文献   

14.
The development of active,low-cost and durable bifunctional electrocatalysts toward both oxygen evolution reaction(OER) and hydro gen evolution react ion(HER) a re important for overall water splitting.Here,well-defined arrays of vanadium-iron bimetal organic frameworks(VFe-MOF) with controllable stoichiometry have been successfully prepared on nickel foam(NF).The as-fabricated VFe-MOF@NF electrode exhibits excellent electrocatalytic activity and durability for OER and HER in alkaline medium.The material's overpotentials of 10 mA/cm~2 are 246 mV for OER and 147 mV for HER,respectively.The electrolyzer made from the VFe-MOF@NF electrodes as both the cathode and anode in 1 mol/L KOH needs only a voltage of 1.61 V to reach a current density of 10 mA/cm~2.The superior performance of VFeMOF@NF can be attributed to the morphological control and electronic regulation of the bimetals,that is,1) the exposure of the active sites at electrocatalyst/electrolyte interfaces due to the array structure;2)the synergistic effect of vanadium and iron metals on electro-catalyzing the overall water splitting.  相似文献   

15.
An Ru-doping strategy is reported to substantially improve both hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) electrocatalytic activity of Ni/Fe-based metal–organic framework (MOF) for overall water splitting. As-synthesized Ru-doped Ni/Fe MIL-53 MOF nanosheets grown on nickel foam (MIL-53(Ru-NiFe)@NF) afford HER and OER current density of 50 mA cm−2 at an overpotential of 62 and 210 mV, respectively, in alkaline solution with a nominal Ru loading of ≈110 μg cm−2. When using as both anodic and cathodic (pre-)catalyst, MIL-53(Ru-NiFe)@NF enables overall water splitting at a current density of 50 mA cm−2 for a cell voltage of 1.6 V without iR compensation, which is much superior to state-of-the-art RuO2-Pt/C-based electrolyzer. It is discovered that the Ru-doping considerably modulates the growth of MOF to form thin nanosheets, and enhances the intrinsic HER electrocatalytic activity by accelerating the sluggish Volmer step and improving the intermediate oxygen adsorption for increased OER catalytic activity.  相似文献   

16.
化石燃料的枯竭和不断增长的能源需求给人类带来巨大的挑战,加之能源消耗过程带来的环境问题使得开发清洁可再生绿色能源迫在眉睫.氢能具有零排放、可再生、能量高和来源广等特点,且可通过化石能源和电解水制取,是未来人类最理想的替代能源之一.相较于化石能源制氢,电解水制氢被认为是一种最有前途的清洁制氢技术,能够将可再生能源(例如太阳能和风能)产生的剩余电能以化学能的形式存储起来.电解水反应由发生在阴极的析氢反应与发生在阳极的析氧反应组成.其中,析氧反应涉及多个质子和电子转移,反应动力学缓慢严重限制了其水分解的整体效率.为满足实际应用,亟待开发低成本、高催化活性和在工业电解条件(60~80℃,20%~30% KOH,400 mA·cm-2)下长期稳定性强等特性的析氧催化剂.本文报道了一种用于析氧反应的自支撑泡沫镍铁自支撑的镍铁层状双金属氢氧化物-二硫化钼(NiFe LDH-MoSx/INF)集成电极,在正常碱性测试条件(25℃,1 M KOH)和模拟工业电解条件(65 ° C,5 M KOH)下均表现出优异的催化性能.优化后的电极在一般碱性测试条件下,过电势仅需195和290 mV即可达到100和400 mA·cm-2的电流密度.在模拟工业电解条件下达到相同的电流密度,过电势只需156和201 mV.在两种条件下进行长期稳定性测试,催化剂均未观察到明显的失活现象.在两电极体系(NiFe LDH-MoSx/INF ‖ 20%Pt/C)全解水测试中,达到100 mA·cm2的电流密度仅需1.72 V的电压.还使用NiFe LDH-MoSx/INF作为阳极催化剂构建膜电极并评价其阴离子交换膜电解水的性能:在400 mA·cm-2的电流密度下能量转换效率(60℃,1 M KOH)为71.8%.综上,原位生长策略保证了此类电极的长期稳定性.硫化基底的存在可以控制NiFe LDH的生长厚度,从而提高集成电极的整体导电性.另外,MoSx的引入进一步调节了NiFe LDH的电子结构,进而优化了反应中间体的吸附能及状态.在模拟工业操作条件下进行的电化学测试进一步证实了多孔三维自支撑NiFe LDH-MoSx/INF集成电极具有在工业电解水中大规模应用的前景.本文为合理设计用于工业阴离子交换膜水电解的非贵金属析氧催化剂提供新的策略.  相似文献   

17.
Herein, we demonstrate an easy way to improve the hydrogen evolution reaction (HER) activity of Pt electrodes in alkaline media by introducing Ni–Fe clusters. As a result, the overpotential needed to achieve a current density of 10 mA cm?2 in H2‐saturated 0.1 m KOH is reduced for the model single‐crystal electrodes down to about 70 mV. To our knowledge, these modified electrodes outperform any other reported electrocatalysts tested under similar conditions. Moreover, the influence of 1) Ni to Fe ratio, 2) cluster coverage, and 3) the nature of the alkali‐metal cations present in the electrolyte on the HER activity has been investigated. The observed catalytic performance likely originates from both the improved water dissociation at the Ni–Fe clusters and the subsequent optimal hydrogen adsorption and recombination at Pt atoms present at the Ni–Fe/Pt boundary.  相似文献   

18.
采用D-氨基葡萄糖作为Co分散剂和碳源,硫脲作为氮源和硫源,以NaCl为模板制备负载硫化钴纳米颗粒的N、S共掺杂三维石墨烯氧还原电催化剂(CoS/N/S/rGO)。CoS/N/S/rGO具有良好的氧还原反应(ORR)活性,起始电位和半波电位分别为960和815 mV,性能与商业Pt/C相当。此外,CoS/N/S/rGO表现出明显的4电子转移特性和超低的过氧化氢产率。与基于Pt/C的锌-空气电池相比,基于CoS/N/S/rGO的锌-空气电池在6 mol·L~(-1) KOH和0.2 mol~(-1) Zn(CH_3COO)_2碱性电解质中显示出更高的恒电流放电性能以及更好的稳定性。  相似文献   

19.
采用电沉积法获得Ni、Ni-Fe和Ni-Fe-C合金镀层电极, 在90 °C模拟海水(0.5 mol·L-1 NaCl, pH=12)的稳态极化曲线表明Ni-Fe-C合金电极具有最好的析氢催化性能. 通过扫描电子显微镜(SEM)观察电极表面形貌、X射线衍射(XRD)与透射电子显微镜(HRTEM)分析合金的晶体结构, 发现电极材料的晶粒尺寸影响析氢催化性能, 晶粒尺寸越小析氢催化活性越好. 用电化学阻抗方法(EIS)研究电极析氢催化性能的本质原因, 结果表明电极表面活性点数目和电极的本质电催化活性对合金电极析氢催化活性有重要的影响.  相似文献   

20.
层状前体镍铁水滑石及磁性材料的制备及表征   总被引:2,自引:0,他引:2  
周彤  李峰  战可涛  Evans D.G  段雪  张密林 《化学学报》2002,60(6):1078-1083
提出了利用镍铁水滑石作为磁性前体再经高温焙制备尖晶石型铁氧体思路,深 入研究了水滑石的制备工艺及结构性能并初步探讨了其焙烧后的磁学性能。由共沉 淀法合成了Ni/Fe摩尔比为2,3,4,6的镍铁水滑石,XRD结果表明镍铁比为3时晶 形较为理想,且随着晶化温度的升高及晶化时间的延长,水滑石的晶体结构规整性 增强。热重-差热结果显示镍铁水滑石的分解有两个过程,当镍铁比为3时,水滑石 的热稳定性相对最高。高温焙烧后的镍铁水滑石具有磁性。  相似文献   

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