富晶格位错的多孔铋纳米花高效电还原二氧化碳制甲酸盐※

二氧化碳转化已成为现今世界研究的热点. 本工作采用原位电化学转化的策略, 将简单溶剂热法合成的层状甲酸氧铋纳米花(BiOCOOH NFs)还原为带有大量晶格位错的多孔铋纳米花(p-Bi NFs). 研究结果表明, p-Bi NFs电催化二氧化碳转化为甲酸盐具有较小的过电位(436 mV). 在–1.8 V(相对饱和甘汞电极, vs. SCE)时, 甲酸盐的分电流密度(j_formate)高达24.4 mA•cm^-2, 法拉第效率(FE_formate)为96.7%, 且在超过500 mV的宽电位窗口内FE_formate超过90%, 并具有很好的稳定性. 该催化剂的高催化性能可归因于前驱体晶格坍塌和重构而形成特殊的多孔粗糙的微纳多级结构, 其表面富含晶格位错和缺陷等高本征活性位, 且具有较强的电子传递能力. 本研究为设计合成高性能的电催化二氧化碳还原产甲酸催化剂提供了新的思路.     

射频等离子制备石墨烯负载Co3O4催化剂及其析氧性能研究

氢能的引入能有效提升配电网的供电可靠性,而电解水制氢是实现低碳转型的关键技术,开发高效的电解水催化剂势在必行。过渡金属氧化物储量大、催化活性高,是具有广阔应用前景的析氧反应催化剂。本文通过射频等离子体处理制备石墨烯上负载Co₃O₄析氧催化剂,XRD、Raman和XPS测试结果显示,二维结构石墨烯的引入加速表面电子迁移,增大了反应面积。等离子体处理促进了纳米粒子在石墨烯上的负载,利用等离子体刻蚀作用在催化剂表面制造出大量碳结构缺陷和氧空位结构,改善了活性位点分布,有效调控Co₃O₄电子结构,提高析氧催化活性。电化学测试表明,本文中合成的Co₃O₄@rGO在电流密度为50 mA·cm^-2时的过电位为410 mV,动力学反应速率较快,表现出优于商业IrO₂的析氧催化活性。     

介孔钯-硼合金纳米颗粒的制备和甲醇氧化电催化性能北大核心CSCD

合金化可以调节贵金属纳米材料的物理化学性质,从而显著提升它们的电催化性能。尽管合金化在过去的20多年里已取得诸多成果,但是如何充分发挥纳米合金的组分优势仍需深入的探究。本研究通过一步溶液相合成法实现了类金属硼(B)合金化的钯基介孔纳米催化剂材料的合成,同时探究了B原子的组分优势和介孔形貌的结构优势在碱性介质中电化学甲醇氧化反应(MOR)的协同作用。最优PdCuB介孔纳米催化剂表现出优异的电化学MOR活性和稳定性。机理研究表明,优异的催化活性源于B原子在Pd基介孔纳米催化剂中的积极协同作用;该协同作用通过电子效应(改变Pd的表面电子结构从而减弱CO基中间体的吸附)和双功能效应(促进OH_(2)的吸附从而氧化CO基中间体)在动力学上加速了有毒CO基中间体的去除(提高甲醇氧化的决速步骤)。同时,B原子的间隙插入和介孔结构抑制了物理奥斯特瓦尔德(Ostwald)熟化过程,显著增加了催化剂的稳定性。     

Mo对脱合金制备的Ni-Mo电极骨架结构与析氢性能的影响

采用快速凝固结合脱合金化方法制备了不同Mo含量的纳米多孔Ni-Mo合金，通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和N₂吸附-脱附分析等对多孔合金的物相、形貌结构及孔径分布进行了表征，并通过线性扫描伏安、Tafel斜率、交流阻抗和循环伏安等方法测试了多孔合金电极的电催化析氢性能.结果显示，多孔合金电极材料在50 mA/cm²电流密度下析氢过电位随着Mo含量的增加先降低后升高，Ni_2.5Mo_2.5合金析氢活性最强，过电位为218 mV，析氢过程由Volmer-Heyrovsky步骤控制，交换电流密度为0.29 mA/cm²，经1000周循环后的极化曲线基本保持原状，50 mA/cm²电流密度下过电位增加3.67%，表现出优良的析氢稳定性.     

泡沫镍上电沉积花瓣状NiFeOxHy/rGO用于析氧反应

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NiFeO_xH_y和NiFeO_xH_y/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NiFeO_xH_y/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。     

基于磺酰基杯[4]芳烃的Co16笼簇的合成、结构及电化学性质

以氯化钴、 对叔丁基磺酰杯[4]芳烃(H₄TC4A-SO₂)和非对称性3-(1H-四唑-5-基)苯甲酸(H₂L)为原料, 通过溶剂热法合成了一个具有四面体配位笼结构的16核化合物[Co₁₆(TC4A-SO₂)₄(OH)₄(L)₈]·[(C₈H₂₀N)(C₄H₁₂N)₂(C₂H₈N)]·solvent(Co₁₆-TC4A-SO₂). 采用X射线单晶衍射、 X射线粉末衍射、 热重分析、 红外光谱方法对配合物进行了表征. 将Co₁₆-TC4A-SO₂笼簇直接负载到碳纸上(Co₁₆-TC4A-SO₂/CP)用作工作电极, 其对析氧反应(OER)展现出较好的催化性能. 在1 mol/L KOH中, Co₁₆-TC4A-SO₂/CP在343.8 mV的过电位下达到10.0 mA/cm ²电流密度, Tafel斜率为79.31 mV/dec, 并且在20.0 mA/cm ²电流密度下表现出长达48 h的催化稳定性.     

无定型NiCo氧化物的制备及氧析出电催化性能研究

氧析出反应(OER)涉及多个电子的转移,动力学较为缓慢,被认为是电解水过程的瓶颈半反应.因此开发高效、稳定的氧析出反应电催化剂,降低该反应的外加过电位是电解水技术发展的关键.本文采用简单的化学浴沉积方法,经低温焙烧成功制备出多孔的无定型NiCo氧化物催化剂,并且该方法一次制备量可达克级.无定型NiCo氧化物因富含氧空位相对于其晶态的NiCo2O4尖晶石复合氧化物具有更优的OER性能,在碱性介质(0.1 mol/L KOH)中当电流密度为10 mA/cm2时的过电位为370 mV,并且表现出优异的催化稳定性.     

原位拉曼光谱与X射线吸收光谱研究能源转换电催化反应

近年来,水分解、氧气/二氧化碳还原等电化学能源转换技术为解决全球能源短缺及环境问题提供了新的思路和方向.然而,对这些能源转换技术的反应机理及其催化剂的活性位点目前仍缺乏深刻的认识和理解,这限制了高效、稳定催化剂的开发,以致阻碍该类电化学技术的进一步发展.原位光谱技术的快速发展为解决上述问题提供了坚实的基础,其中拉曼光谱是检测含氧物种的有效技术,X射线吸收谱则是揭示催化剂配位环境和价态变化的有力工具.鉴于此,本文详细介绍了原位拉曼光谱和X射线吸收光谱在电化学领域的最新应用.重点分析了一些代表性的例子,主要包括:(1)揭示了不同Pt单晶以及Pt基催化剂表面的具体氧还原路径;(2)明确了过渡金属-氮-碳催化剂的真实氧还原位点;(3)解析了碱性条件下OH?离子对于氢氧化反应的作用;(4)揭示了氢析出反应中非Pt催化剂的活性位点;(5)检测到了氧析出和二氧化碳还原过程中催化剂的相变过程.上述例子表明原位表征技术的确可以有效监测电化学催化过程,捕捉中间产物,揭示反应机理以及表征催化剂的相变过程,可为合理的设计和制备高效催化剂提供可靠依据.然而,目前的原位表征技术还存在较多问题,比如拉曼光谱往往需要借助增强基底来增强其信号,从而限制其在表征实际催化剂中应用.而基于同步辐射光源的X射线吸收光谱其能量较高,可能会引发催化剂发生相变甚至损坏催化剂,而且它是一种体相敏感的表征技术,很难精确反映催化剂表面过程.除了这些原位技术的本身局限性之外,仍有许多问题阻碍对电催化过程的深入认识.例如,应将原位研究转化为工况研究,尤其要考虑电解质的作用.另外,缺乏有效的时间分辨技术来揭示不同电位下活性物种的动态变化.因此,需要不断发展新技术以及新策略,使得表征技术可以更精确真实地揭示电催化的原位过程,更有效地指导催化剂的设计开发.