表界面调控电催化析氧反应

开发高效绿色清洁能源已引起研究者们的广泛关注。电解水是一种大规模且可持续生产高纯氢能源技术。然而,阳极析氧反应电催化剂的高过电位和不稳定性制约了电解水技术的大规模应用,合理设计电催化剂的结构可显著优化其反应热力学和动力学,提高电解水技术的能量转换效率。表界面是电催化反应发生的主要场所,通过调控电催化剂表面的本征结构或构筑异质界面等系列表界面化学工程对电催化剂进行改性,可以有效改善材料的催化活性和稳定性。本文概述了当前表界面调控策略在电催化析氧反应中的研究进展,重点介绍了表界面调控层状双金属氢氧化物、钙钛矿型氧化物、尖晶石型化合物及合金材料的研究现状,阐述了高效稳定析氧反应电催化剂的设计思路。讨论了表界面调控策对催化剂表界面微结构和电子态的影响以及设计新型析氧反应电催化剂中面临的问题。最后,展望了表界面调控应用于析氧反应电催化剂的前景。     

ZIFs骨架型双壳层纳米笼状CoS/NiCo2S4的制备及其电化学性能

采用离子刻蚀和化学气相沉积法制备出具有沸石咪唑酯骨架(ZIFs)型双壳层纳米笼状的CoS/NiCo_2S_4并组装成超级电容器。该结构有较大的比表面积(98 m2·g-1),合适的孔道(孔径4 nm),且保留了ZIFs骨架构型。作为电极活性材料时,具有良好的结构稳定性和电化学活性,有利于增强所组装的超级电容器的循环稳定性和比容量。在三电极体系中,在1 A·g-1的电流密度下,容量为1 230 F·g-1;在3 A·g-1电流密度下循环9 000圈后,初始电容保持率为76.6%。在以该电极、活性炭电极与KOH/聚乙烯醇(PVA)凝胶态电解质组装的器件中,当功率密度为702 W·kg-1时,能量密度达31.6 Wh·kg-1;在7 056 W·kg-1的高功率密度下,仍保持16.5 Wh·kg-1的能量密度。     

基于MWCNT/TiO2对电极和硫醇盐/二硫化物非碘氧化还原电对的染料敏化太阳能电池性能

采用水热法合成出多壁纳米碳管/二氧化钛(MWCNT/TiO₂)复合物, 并作为染料敏化太阳能电池(DSSC)中对电极材料并组装成电池. 通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线粉末衍射(XRD)、同步热重-差示扫描量热(TGA-DSC)、拉曼(Raman)光谱和光电子能谱(XPS)等方法对其形貌、组成和结构进行表征. 结果表明, 酸化MWCNT表面―COOH与水热生长出的锐钛矿TiO₂表面―OH之间, 通过形成类似于O＝C―O―Ti 或者C―O―Ti 的结构, 能有效地增强复合物薄膜层与导电玻璃基底之间的相互作用. 通过循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)、塔菲尔曲线(Tafel)和电池的伏安特性曲线等方法研究了该类对电极对硫醇盐/二硫化物(T-/T₂)非碘氧化还原电对的光电化学特性. 结果表明: 当MWCNT与TiO₂质量比为3:1时, 基于该复合物对电极与T-/T₂非碘氧化还原电对所组装DSSC的开路电压为0.63 V, 短路电流为15.81 mA·cm^-2, 填充因子为0.65, 光电转换效率达到6.47%.     

表界面调制增强铋基催化剂的光生载流子分离和传输

光催化是一种理想的洁净能源生产和环境污染治理技术，在推动未来“碳达峰，碳中和”的实现和调整我国能源结构具有重要意义。层状结构的铋基催化剂因其具有合适的禁带宽度所以在光催化领域中备受关注。然而，低效率的光生载流子的分离与传输过程却限制了其光催化活性。本文简要地总结了通过表界面调控增强铋基催化剂光生载流子分离与传输效率的策略，包括形貌调控、缺陷工程、杂原子掺杂和异质结构建等。特别地，从电子和几何结构角度分析了上述策略对增强铋基催化剂内建电场的强度、构筑内部高效载流子传输通道和延长载流子寿命的作用机制，为进一步研究设计具有高效载流子分离和传输效率的催化剂提供理论参考依据。最后，分析了不同表面界面策略提高载流子分离和传输效率的具体原因以及铋基催化剂在工业应用中面临的挑战和发展前景。