二硫化钴多孔风叶结构助力肼辅助高效电解产氢

以泡沫镍(NF)为基底,采用一步水热法制备了主晶相为CoS₂、夹杂少量NiO相、具有三维多孔风叶结构的CoS₂/NF电极材料。当溶液中钴硫物质的量之比为1∶5时,在140℃下保温18 h,获得了由10 nm厚度的纳米片构成的三维风叶结构的晶态CoS₂/NF电催化剂。CoS₂/NF在肼氧化及析氢反应中均表现出优异的催化性能,在水合肼碱性介质中,获得-10 mA·cm^-2的析氢电流密度时,需要的过电势仅为83 mV,获得50 mA·cm^-2的氧化电流密度时,需要的肼氧化电位仅为51 mV(vs RHE);在水合肼辅助电解水双功能电解槽中,获得100 mA·cm^-2的电流密度时,需要的分解槽压仅为0.550 V,远低于其在同条件下全水分解的2.075 V,大幅减小了电能消耗,极大地提高了电解水产氢效率。无论在三电极体系还是双电极体系,CoS₂/NF均表现出优异的长效稳定性及耐用性。分析认为,电极表面多孔风叶结构的形成,...     

二硫化钴多孔风叶结构助力肼辅助高效电解产氢

以泡沫镍(NF)为基底,采用一步水热法制备了主晶相为CoS₂、夹杂少量NiO相、具有三维多孔风叶结构的CoS₂/NF电极材料。当溶液中钴硫物质的量之比为 1∶5 时,在 140 ℃下保温 18 h,获得了由 10 nm 厚度的纳米片构成的三维风叶结构的晶态CoS₂/NF电催化剂。CoS₂/NF在肼氧化及析氢反应中均表现出优异的催化性能,在水合肼碱性介质中,获得-10 mA·cm^-2的析氢电流密度时,需要的过电势仅为83 mV,获得50 mA·cm^-2的氧化电流密度时,需要的肼氧化电位仅为51 mV(vs RHE);在水合肼辅助电解水双功能电解槽中,获得100 mA·cm^-2的电流密度时,需要的分解槽压仅为0.550 V,远低于其在同条件下全水分解的2.075 V,大幅减小了电能消耗,极大地提高了电解水产氢效率。无论在三电极体系还是双电极体系,CoS₂/NF均表现出优异的长效稳定性及耐用性。分析认为,电极表面多孔风叶结构的形成,使其电化学活性面积增加了24倍,为催化反应的发生提供了海量的活性位点及物质传递通道。CoS₂及NiO相的形成,在一定程度上协同改善了本征析氢活性。CoS₂/NF的组成、结构特性共用造就了其优异催化性能,其中结构优势起主导作用。通过机理研究,提出了CoS₂/NF在析氢及肼氧化过程中的反应路径。     

磷掺杂镍基硫化物超薄纳米片构筑多级微孔双功能催化剂促进高效水电解产氢

利用一步水热合成法在三维多孔泡沫镍(nickel foam, 简称 NF)表面构筑了由超薄纳米片交织互联形成的多级微孔结构复合材料。当初始混合料液中硫、磷物质的量之比为 1:1时, 在 120℃下水热反应 24 h获得了以 Ni₃S₂为主晶相、少量 NiPS₃为次晶相的镍基复合电催化剂(NiSP/NF)。得益于其超薄纳米片交织形成的独特二级微孔结构, 其电化学活性面积较空白 NF增加了近 14倍, 也为其在水电解析氢反应中的应用提供了充足的活性位点和界面通道。同时, 受益于晶态 Ni₃S₂和 NiPS₃所造成的晶格缺陷和强电子作用, 材料的本征催化活性也得以显著提升。多方协同作用使得 NiSP/NF在全水分解中均表现出优异的催化性能, 其在 1 mol·L^-1 KOH溶液中获得 10 mA·cm^-2的电流密度需要的析氢和析氧过电位仅为-67和 212 mV。在全水分解电解槽中, 其获得 100 mA·cm^-2的电流密度仅需 1.878 V的槽电压, 甚至在 500 mA·cm^-2的高电流密度下需要的分解槽压也仅为 2.558 V, 优于商业贵金属催化剂, 电解水产氢效率显著提高。NiSP/NF在全水分解中还呈现了极优异的长效稳定性及耐用性, 在电流密度为 500 mA·cm^-2时经过 120 h的恒电流催化后, 其增加的分解槽压不足 0.03 V。