三元镍基硫属化物纳米棒阵列的简单合成及其高效的电催化析氧性能北大核心CSCD

通过一步溶剂热法成功合成了泡沫镍(NF)支撑的三元镍基硫属化物(Ni_(3)(Se_(x)S_(1−x))_(2))纳米棒阵列。结构表征结果表明,所得三元Ni_(3)(Se_(x)S_(1−x))_(2)纳米棒属于三方物相,在泡沫镍基底上形成了有序的阵列结构。由于其快速的载流子传输效率、丰富的活性位点和多阴离子的协同效应,Ni_(3)(Se_(0.3)S_(0.7))_(2)/NF纳米棒阵列具有最佳的电催化性能。在1.0 mol/L的KOH溶液中,电流密度为50 mA/cm2时,过电势仅为344 mV,塔菲尔斜率为40.17 mV/dec,同时具有优异的电化学稳定性。更重要的是,以商用Pt/C为阴极,Ni_(3)(Se_(0.3)S_(0.7))_(2)/NF纳米棒阵列为阳极进行全分解水实验,仅需要1.49 V的电池电位即可提供10 mA/cm2的电解电流,表现出良好的电解水效果。该研究为电解水技术领域提供了一种高效的电催化剂,也为电化学能源技术中非贵重电催化剂的合理构建提供了有价值的见解。     

NiS-Ni3S2树状异质结阵列在析氧反应中的应用

在过去的几十年里,数以万计化石能源的开发和利用导致了一系列的环境问题,例如温室效应和水污染等。许多应对的策略被提出以应对环境问题,可再生氢气是其中一个最为瞩目的能源。而在其中,电解水是为了获得可在生氢气最为环保的方案。在阳极发生反应过于低效则限制着这项技术的发展,所以研究开发高效的阳极电催化剂变得尤为重要。在本文中,我们通过一步水热法合成了一种直接生长在泡沫镍基地的NiS-Ni₃S₂树状异质结阵列。这个材料在实际电解水的阳极反应中表现出巨大的潜能,表现出高效的电催化性能和超强的稳定性能。NiS-Ni₃S₂树状异质结阵列比纳米棒状Ni₃S₂表现出更好的性能。因为其拥有更高的比表面积和NiS-Ni₃S₂之间协同效应展现。NiS-Ni₃S₂树状异质结阵列的高性能也可能是因为其紧密地与泡沫镍基地连接,拥有较好的电子传输路径。同时,在反应的过程中,一些羟基氢氧化镍的产生也有利于催化效果的提升。毫无疑问,NiS-Ni₃S₂树状异质结阵列作为电解水的阳极催化剂拥有极大的前景。     

尖晶石型过渡金属硫化物CuCo2S4与MoS2复合材料的制备及电催化析氢性能

通过简单的三步水热法实现尖晶石型过渡金属硫化物CuCo₂S₄与MoS₂的复合, 以三维多孔泡沫镍(NF)为基底, 制得自支撑催化电极MoS₂@CuCo₂S₄-Ni₃S₂/NF. 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、 X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、 扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)表征结果表明, MoS₂纳米片层密集均匀地生长在CuCo₂S₄-Ni₃S₂纳米棒表面, 并形成多级核壳结构. 其碱性条件下(1 mol/L KOH)的电催化析氢性能研究结果表明, MoS₂与CuCo₂S₄的复合和特殊形貌的构筑有效提高了电化学活性面积和电子传导效率, 达到10, 100和300 mA/cm²电流密度分别仅需116, 231和282 mV的过电位, 经2000次循环伏安扫描后, 100 mA/cm²电流密度所对应的过电位仅增大6%, 展现出优异的电催化析氢催化活性及较好的稳定性.     

Single-atom Fe Embedded Co3S4 for Efficient Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction

Constructing atomically dispersed active sites with densely exposed and dispersed double metal-S_x catalytic sites for favorable OER catalytic activity remains rare and challenging. Herein, we design and construct a Fe₁S_x@Co₃S₄ electrocatalyst with Fe single atoms epitaxially confined in Co₃S₄ nanosheets for catalyzing the sluggish alkaline oxygen evolution reaction(OER). Consequently, in ultralow concentration alkaline solutions(0.1 mol/L KOH), such a catalyst is highly active and robust for OER with low overpotentials of 300 and 333 mV at current densities of 10 and 30 mA/cm², respectively, accompanying long-term stability without significant degradation even for 350 h. In addition, Fe₁S_x@Co₃S₄ shows a turnover frequency(TOF) value of 0.18 s⁻¹, nearly three times that of Co₃S₄(0.07 s⁻¹), suggesting the higher atomic utilization of Fe single atoms. Mössbauer and in-situ Raman spectra confirm that the OER activity of Fe₁S_x@Co₃S₄ origins from a thin catalytic layer of Co(Fe)OOH that interacts with trace-level Fe species in the electrolyte, creating dynamically stable active sites. Combined with experimental characterizations, it suggests that the most active S-coordinated dual-metal site configurations are 2S-bridged (Fe-Co)S₄, in which Co-S and Fe-S moieties are shared with two S atoms, which can strongly regulate the adsorption energy of reaction intermediates, accelerating the OER reaction kinetics.     

High performance hybrid supercapacitor based on hierarchical MoS2/Ni3S2 metal chalcogenide

Herein, we synthesized hierarchical MoS₂/Ni₃S₂ structures as electrode materials grown on nickel foam by a facile hydrothermal strategy. The hierarchical MoS₂/Ni₃S₂ structures show high specific capacitance.     

Ruthenium nanoclusters anchored on cobalt phosphide hollow microspheres by green phosphating process for full water splitting in acidic electrolyte

Transition metal phosphide(TMP) based electrocatalysts possessing special crystal and electronic structures attract broad attention in the field of electrocatalysis.Immense effort is made to optimize TMP catalysts aiming to satisfy the electrochemical catalysis performance.In this work,an environmentally friendly in situ green phosphating strategy and spatial limiting effect of the RuCo precursor is employed to fabricate the ruthenium nanoclusters anchored on cobalt phosphide hollow microspheres(Ru NCs/Co₂P HMs).The obtained Ru NCs/Co₂P HMs electrocatalysts exhibit high hydrogen evolution reaction(HER) activity at wide pH ranges,which require an overpotential of 77 mV to achieve the current density of 10 mA/cm² in 0.5 mol/L H₂SO₄ and 118 mV in 1.0 mol/L KOH.Besides,the multifunctional Ru NCs/Co₂P HMs exhibit good oxygen evolution reaction(OER) activity with an overpotential of 197 mV to reach the current density of 10 mA/cm² in 0.5 mol/L H₂SO₄,which is below that of the commercial RuO₂ electrocatalyst(248 mV).A two-electrode electrolyzer is assembled as well,in acid electrolyte,it achieves a current density of 10 mA/cm² at a voltage of 1.53 V,which is superior to that of the benchmark of precious metal-based electrolyzer(1.58 V).     

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.     

Ni3S2@碳纳米管复合材料的制备及其储钠性能

采用一步固相煅烧工艺制备了碳纳米管原位封装Ni₃S₂纳米颗粒（Ni₃S₂@CNT）,并研究了其作为钠离子电池（SIBs）负极材料的电化学性能. 通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、循环伏安测试、恒流充放电以及交流阻抗等研究了Ni₃S₂@CNT的物相结构、形貌特征以及电化学性能. 电化学测试表明,材料在100 mA·g ^-1电流密度下,放电容量可以达到541.6 mAh·g ^-1,甚至在2000 mA·g ^-1的大电流密度下其放电比容量也可以维持在274.5 mAh·g ^-1. 另外,材料在100 mA·g ^-1电流密度下,经过120周充放电循环后其放电和充电比容量仍然可以保持在374.5 mAh·g ^-1和359.3 mAh·g ^-1,说明其具有良好倍率性能和循环稳定性能. 良好的电化学性能归因于这种独特的碳纳米管原位封装Ni₃S₂纳米颗粒结构. 碳纳米管不但可以提高复合材料的导电性,也可以缓冲Ni₃S₂纳米颗粒在反复充放电过程中产生的体积膨胀效应,明显改善了Ni₃S₂@CNT负极复合材料的电化学性能.     

Asymmetric supercapacitors based on high capacitance Ni6MnO8 and graphene

A fast, facile and cost-effective method is used to synthesize Ni₆MnO₈ electrode with high electrochemical performance. The supercapacitor based on Ni₆MnO₈ electrode exhibits excellent stability, high area specific capacitance and promising energy and power density.     

双功能2D/3D杂化结构Co2P-CeO x 异质结一体化电极的构筑及电催化尿素氧化辅助制氢性能

以泡沫镍(NF)为基底, 通过多电位阶跃电沉积和低温磷化的方法, 制备双功能的多层次二维/三维(2D/3D)杂化结构的Co₂P-CeO _x 一体化电极(Co₂P-CeO _x /NF), 并用于电催化尿素氧化辅助制氢性能研究. 结果表明, 通过3D CeO _x 纳米花与2D Co₂P纳米片之间的强界面相互作用和良好的电子协同耦合作用, 使该一体化电极具有较高的导电性、 表面活性和稳定性, 强化了电催化析氢反应(HER)和尿素氧化反应(UOR)性能. 在两电极电解池体系下进行电催化制氢的同时降解尿素, 电流密度达到30 mA/cm²时, 所需要电位为1.42 V, 比全解水所需电位降低0.17 V, 经过10 h电催化尿素的降解效率达76.4%; 综合分析表明, 2D Co₂P与3D CeO _x 多层次纳米片异质界面处电子的定向转移, 引起界面区域的局部电荷重新排布; 形成的氧空位提供配位不饱和位点, 暴露更多的活性位点, 优化反应物分子在催化剂表面的吸附能, 进而促进分子活化, 使其具有较高的催化反应活性.     

One-step synthesis of Fe-Ni hydroxide nanosheets derived from bimetallic foam for efficient electrocatalytic oxygen evolution and overall water splitting

For the first time, the Fe-Ni LDH nanosheets were prepared through simple one-step hydrothermal treatment of Fe-Ni bimetallic foam both as the substrate and Fe/Ni sources. The ratio of Ni/Fe elements played the important role in realizing the optimal catalytic activities for oxygen evolution reaction (OER) and hydrogen evolution reaction (HER). An alkaline water electrolyzer was constructed with the Fe-Ni hydroxide nanosheets/Fe-Ni alloy foam-60% Fe as anode and Ni(OH)₂/Fe-Ni alloy foam-25% Fe as cathode, which displays superior electrolytic performance (affording 10 mA/cm² at 1.62 V) and lasting durability.     

Pt-WO3纳米片的合成及其电催化析氢性能研究

作者通过一个简便的方法在泡沫镍表面修饰了Pt-WO₃纳米片. 作为连续导电网络, 泡沫镍基地可提高WO₃电极的性能. 表面修饰的铂纳米颗粒不仅可以提高表面电导率, 也可提高其催化位点密度. 测试结果表明Pt-WO₃修饰的泡沫镍显示出比未进行铂修饰催化剂更高的性能,其Tafel斜率为80 mV·dec^-1, 电流密度为10 mA·cm^-2时过电位仅为72 mV. 另外, Pt-WO₃修饰的泡沫镍催化剂经45小时连续测试展现出优异的稳定性和长寿命. 本文研究提供了一种提高过渡金属氧化物作为析氢催化剂性能的潜在方法, 为其实际应用奠定基础.     

自支撑NiFe LDHs@Co-OH-CO3纳米棒阵列电极用于碱性阴离子交换膜电解水

开发高效耐用的电极对碱性阴离子交换膜电解水（AEMWEs）制氢至关重要。在这项研究中,我们展示了一种高效且稳定的自支撑NiFe LDHs@Co-OH-CO₃/NF纳米棒阵列电极分别用于析氧反应（OER）和AEMWE的阳极。在这项工作中,我们将2D的镍铁层状双金属氢氧化物纳米片（NiFe LDHs）原位生长在1D的碱式碳酸钴纳米线上（Co-OH-CO₃/NF）,最终得到独特的纳米棒阵列复合结构电极。在三电极体系中,自支撑NiFe LDHs@Co-OH-CO₃/NF对OER具有良好的催化活性, 在1 mol·L^-1 KOH中, 当电流密度为20 mA·cm^-2时,过电位为215 mV。当自支撑NiFe LDHs@Co-OH-CO₃/NF作为AEMWE的阳极（70 ^oC,1 mol·L^-1 KOH）,在电流密度为0.5 A·cm^-2时, 电解电压为1.72 V,并且具有较好的稳定性。进一步的实验表征结果显示了自支撑NiFe LDHs@Co-OH-CO₃/NF的优异性能是其具有特殊的形貌结构。这是由于纳米棒阵列电极的三维分层结构可以有效防止纳米片团聚, 从而有利于电子转移,为水分解提供大量的边缘活性位点。     

High-performance electrocatalyst of vanadium-iron bimetal organic framework arrays on nickel foam for overall water splitting

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.     

MOF衍生的分层多孔三维N-CoPx/Ni2P大电流密度下加速析氢

氢气(H2)具有能量密度高、环境友好等优点,是一种很有前景的清洁能源载体.目前,电催化水裂解大规模制氢被认为是一种理想可行的方法.析氢反应(HER)涉及多个步骤,首先形成吸附的氢(Volmer步骤),然后是脱附步骤(Heyrovsky步骤)或两个相邻的吸附氢形成H2(Tafel步骤).与酸性介质相比,碱性介质中的HER...     

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。     

Nature-inspired Three-dimensional Au/Spinach as a Binder-free and Self-standing Cathode for High-performance Li-O2 Batteries

Design and fabrication of functional porous air cathode materials with superior catalytic activity is still the key point for non-aqueous lithium-oxygen(Li-O₂) batteries. Herein, inspired by the self-standing three-dimensional(3D) structure of the natural spinach leaves, a unique binder-free and self-standing porous Au/spinach cathode for high-performance Li-O₂ batteries has been developed. The carbonized spinach leaves serve as a superconductive current collector and an ideal porous host for accommodating catalysts. The Au/spinach cathode could offer enough spaces for accommodating the discharge products, shorten the distance of the oxygen and electrolyte diffusion, and promote the oxygen reduction reaction(ORR) and oxygen evolution reaction (OER) processes. This optimized Au/spinach cathode achieved a high specific area capacity of 7.23 mA‧h/cm² at a current density of 0.05 mA/cm² and exhibited excellent stability(280 cycles at 0.05 mA/cm² with a fixed capacity of 0.2 mA‧h/cm²). The superior performance encourages the construction of more advanced cathode architectures by the use of bio-composites for Li-O₂ batteries.     

碳纳米纤维负载铁镍合金在锌空气电池中的应用

析氧反应(OER)催化剂在锌空气电池(ZABs)储能过程中起着关键作用。我们开发了一种新型非贵金属基自支撑碳纳米纤维催化剂(Ni_δFe_4-δ-CNF)。首先,以聚乙烯吡咯烷酮、过渡金属乙酸酯、N,N-二甲基甲酰胺为原料,采用静电纺丝法制备了网状前驱体。随后,通过高温退火处理,将其转化为三维(3D)多孔结构材料。合成的Ni₁Fe₁-CNF催化剂在浓度为1 mol·L^-1KOH的电解质溶液中具有较低的起始电位(230 m V)和过电势(280 mV,10 mA·cm^-2),性能优于商业RuO₂。同时,将Ni₁Fe₁-CNF催化剂与商业Pt/C催化剂混合,作为空气阴极催化剂组装成ZAB,与商业的RuO₂+Pt/C ZAB相比,Ni₁Fe₁-CNF+Pt/C ZAB具有更高的功率密度(122 m W·cm^-2)、...     

硫化镍/三维网络石墨烯复合材料制备及其在高性能超级电容器的应用研究

本文在泡沫镍上生长三维网络状结构的石墨烯（3DG）,以此为模板合成石墨烯复合电极并将其应用于超级电容器. 采用一步水热法在3DG上合成得到Ni₃S₂纳米棒结构（Ni₃S₂/3DG）. 通过TEM、XRD、SEM和拉曼光谱等手段表征对Ni₃S₂/3DG复合材料的形态与结构进行表征. 电化学测试表明,Ni₃S₂/3DG复合材料具有高的比电容（在扫速为5 mV·s^-1下,具有1825.3 F·g^-1的比容量）和放电电容（在电流密度10 mA下电容高达516.7 F·g^-1）. 此外,在电流密度20 mA下具有良好的循环性能（循环1000周后仍能保留约100%的初始电容）. 本工作为得到高能量密度和良好的长期稳定性的复合材料提供了参考.     

三维百合花状的CoNi2S4作为先进的双功能电催化剂用于氢析出和氧析出反应

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.