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相似文献
 共查询到20条相似文献,搜索用时 156 毫秒
1.
氢能作为一种零碳排放的清洁能源,主要通过电解水的途径获得。电解水析氢过程所使用的贵金属Pt基催化剂非常稀缺和昂贵,因此开发具有高活性和稳定性的非贵金属催化剂仍然是一个巨大的挑战。自支撑型过渡金属磷化物析氢性能优异,加之有效结合了自支撑基底的诸多优势,有望成为可替代贵金属Pt基催化剂的优良析氢材料。本文详细介绍了自支撑型过渡金属磷化物的研究进展,着重论述了此类型电催化剂的析氢优势及作用机理:(1)自支撑基底3D集成框架导电性较强,可提供大量的电子转移通道,从而加速催化反应进程;(2)自支撑型过渡金属磷化物较大的比表面积将会暴露出更多的活性位点,进而促进催化反应的发生;(3)自支撑型过渡金属磷化物可以直接作为阴极进行析氢反应,避免传统涂覆法中催化剂容易从玻碳电极脱落的弊端。最后,总结了此类型电催化剂用于电解水反应所面临的问题和挑战,并进行了合理的展望。  相似文献   

2.
氢能作为零碳排放能源是被公认的最清洁能源之一,如何有效可持续地产氢是未来人类步入氢能经济首先要解决的问题。电解水技术基于电化学分解水的原理,利用可再生电能或太阳能驱动水分解为氢气和氧气,被认为是最有前途和可持续性的产氢途径。然而,无论是光解水还是电解水,均需要高活性、高稳定性的非贵金属氢析出和氧析出催化剂以使水电解反应经济节能。本文介绍了我们研究所近三年在水电解方面的研究进展,其中着重介绍了:(ⅰ)氢析出催化剂,包括利用低温磷化过渡金属(氢)氧化物的方法制备过渡金属磷化物,同时过渡金属硫化物、硒化物以及碳化物等均被成功合成并被应用为有效的阴极析氢催化剂;(ⅱ)氧析出催化剂,主要包括金属磷化物、硫化物、氧化物/氢氧化物等;(ⅲ)双功能催化剂,主要包括过渡金属磷化物、硒化物、硫化物等。最后,总结展望了发展水电解非贵金属催化剂所面临的挑战与未来发展方向。  相似文献   

3.
蒙阳  杨婵  彭娟 《应用化学》2020,37(7):733-745
过渡金属磷化物(TMPs)因其导电性好、稳定性高而被广泛认为是电解水析氢反应(HER)的优异电催化材料。 本文主要围绕基于过渡金属Ni、Co、Fe磷化物纳米材料的合成、表征、以及在碱性介质中的电催化HER性能等方面展开。 从中得出结论,在一定范围内,TMPs体系中富磷相越多,其在碱性电解液中的HER活性越高。 为以后的研究提供了方向。  相似文献   

4.
王莎莎  于博 《分子催化》2020,34(1):81-86
利用廉价的过渡金属作为催化剂催化水分解产氢和产氧是解决能源危机的重要途径.我们制备了一种中空过渡金属磷化物自支撑电极材料(NiCo)_2P/NF,该电极材料采用生长在泡沫镍上的类普鲁士蓝Ni_3[Co(CN)_6]_2作为前体,低温磷化后获得.该电极材料显示出高效的电催化水分解产氢和产氧能力,在1 mol/L氢氧化钾溶液中,达到10 mA/cm~2时,产氢和产氧过电位分别为159和210 mV,同时,将其组装成全解水装置后,仅需1.61 V电压即可达到10 mA/cm~2时,其全解水性能超过贵金属Pt/C-IrO_2(1.64 V),这使得该自支撑双金属磷化物电极有望替代贵金属用作电催化全解水催化剂.  相似文献   

5.
氢能是一种绿色、 高效的二次能源, 在廉价的非贵金属催化剂的辅助下, 电解水制氢以其低成本和高效率受到广泛关注. 过渡金属磷化物因其独特近似球形三角棱柱单元结构能够暴露出更多配位不饱和表面原子, 因此在电解水制氢中表现出优异的催化活性和强耐腐蚀性. 本文综述了过渡金属磷化物的制备方法和在电催化析氢中的应用和性能的改善策略. 最后讨论了过渡金属磷化物催化剂存在的一些亟待解决的问题, 并展望了其未来的发展方向.  相似文献   

6.
利用间歇性可再生能源电解水制备高纯度氢气具有广阔的应用前景.目前,在电催化析氢反应中,高效稳定的催化剂主要应用于由去离子水构成的酸性或碱性电解液.然而淡水资源的稀缺性极大地限制了其发展空间.海水资源在全球水资源储量占比高达97%,因此实现海水高效稳定制备氢气将极大程度缓解淡水资源对于电催化析氢反应发展的限制.金属磷化物具有良好的电子传输能力,有利于促进析氢反应动力学.合理调节金属磷化物的电子结构,有利于其对反应中间体的吸附和氢气的脱附,从而促进产氢.同时,金属磷键能够稳定金属原子,防止反应过程中金属原子的溶解失活,从而提高催化剂稳定性.构建负载型金属磷化物异质结能够引入更多的析氢反应活性位点,进一步促进催化剂对水的吸附和中间体的活化.而且金属磷化物与高导电性和分散性的载体之间的强相互作用有助于催化剂活性的综合提升.尽管负载型磷化物异质结展现出了良好的析氢性能,但其在海水中的析氢本征活性仍难以超越商业铂碳催化剂.基于此,本文提出了一种简单快速的无溶剂微波方法,并成功制备了一系列Ru2P@Ru/CNT催化剂.催化剂的完整制备过程只需1 min,并且不涉及任何溶剂的使用.表征结果表明,负载在碳纳米管上的Ru2P@Ru纳米颗粒直径仅为2.5 nm左右.这是由于微波提供的高温将反应物快速烧结成所需的晶相,同时,较短的反应时间限制了纳米颗粒的尺寸的增长,并减少了挥发性元素的损失.电化学测试结果表明,比例优化后的Ru2P@Ru/CNT(Ru2P:Ru=66:34)在1.0 mol/L KOH和真实碱性海水中分别只需要23和29 mV的过电位即可达到10 mA cm–2的电流密度,是已报道的非Pt基材料中催化效果较好的催化剂之一.并且,Ru2P@Ru/CNT具有出色的本征活性,在1.0 mol/L KOH和真实碱性海水中的转换频率分别为13.1和8.5 s–1,远超商业Pt/C.此外,本文进一步探索了Ru2P@Ru/CNT在高电流密度下的催化活性.电化学测试结果表明,Ru2P@Ru/CNT在1.0 mol/L KOH中仅需要77和104 mV的过电位即可达到500和1000 mA cm–2的电流密度.同时,经过100 h的稳定性测试,该催化剂无论在低电流密度、高电流密度以及碱性海水中都展示出了较好的稳定性.  相似文献   

7.
过渡金属磷化物因其优异的催化性能成为最有可能取代贵金属的廉价电催化分解水制氢催化材料, 对其进行元素掺杂将有望大幅提升其活性和稳定性. 本文综合评述了近年来通过掺杂改性手段调节过渡金属磷化物性能的相关研究. 讨论了元素种类(金属掺杂、 非金属掺杂、 共掺杂)、 元素数量(单元素掺杂、 多元素掺杂、 高熵化)和掺杂位置等因素对过渡金属磷化物电子结构的影响; 并从实验和理论相结合的角度, 分析了掺杂元素对氢吸附强度、 水吸附解离及电荷转移传输等方面的作用规律, 获得了掺杂结构-电子结构-析氢反应催化性能间的构效关系. 最后, 讨论并提出了相关研究存在的挑战和未来的研究方向.  相似文献   

8.
于文丽  高玉肖  陈智  赵莹  吴则星  王磊 《催化学报》2021,42(11):1876-1902
日益严重的能源危机和环境污染问题使得探索清洁的可再生能源载体及减少对传统化石燃料的过度依赖成为人们面临的一项重要任务.因此,各种可持续能源如太阳能、风能、海洋能和生物质能等得到了广泛研究并取得了一定的进展.然而,这些能源因存在间歇性和不稳定性等缺点阻碍了其实际应用.近年,氢气作为一种能源载体,以其高能量密度和无碳排放的优点引起了人们的广泛关注,被认为是缓解日益严重的污染问题的最有前途的环保能源.对比目前采用的天然气热解和煤炭气化等传统制氢策略,电催化水裂解由于催化效率高,制氢纯度高和不产生温室气体,被认为是高效、环保、可持续的制氢策略.电催化水裂解由两个独立的半反应组成,分别是析氢反应和析氧反应.析氢反应作为水裂解的一个半反应,在降低制氢成本及提高产氢催化效率方面起着关键作用.然而,目前的核心问题之一是要开发高效的析氢电催化剂,以加快反应速度.目前,铂和铂基纳米材料被认为是高效的析氢电催化剂,但是其稀缺性和高成本阻碍了大规模实际应用.金属磷化物由于具有较高的本征活性并且在不同的电解质中都具有良好的电催化析氢性能,被证明是一种优良的析氢电催化剂.此外,与普通催化剂相比,金属磷化电催化剂还具有合成简便、效率高、成本低、省时等优点.本文详细介绍了近年人们在金属磷化物用于电催化析氢研究中取得的进展.首先,介绍了电催化析氢反应机理,金属磷化物的结构及作用,并对其优缺点进行了总结;随后,综述了金属磷化物的合成方法,包括后处理、原位生成和电沉积策略,并对不同方法进行了比较和讨论.此外,从元素掺杂、界面工程、空穴工程、修饰特定载体、构建特定纳米结构、设计双或多金属磷化物和其他发展的新方法等七个方面详细总结了促进金属磷化物电催化活性的多种策略,并进行了对比和讨论.最后,归纳了金属磷化物在电催化析氢应用中存在的问题和面临的挑战,并对未来的研究发展提出了展望.  相似文献   

9.
于鹏  李景虹 《应用化学》2018,35(9):1093-1101
电化学分解水(Water Splitting)是获得高纯度氢能的重要手段。 因此,开发具有高活性低成本的电化学析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)催化剂成为目前能源环境的研究热点之一。 本文总结了常用于HER反应的过渡金属硫化物以及磷化物非贵金属催化剂材料的合成方法,并且概况了如何构建特殊结构的金属硫化物及磷化物材料以调高材料的HER催化反应性能的方法,为开发其它高活性的非贵金属催化剂提供依据。  相似文献   

10.
原油的重质化和日益严格的环境法规使燃料油加氢精制技术面临新的挑战,过渡金属磷化物由于具有优异的加氢脱硫、加氢脱氮活性和稳定性成为催化材料领域研究的焦点,本文综述了过渡金属磷化物的制备方法、催化性能和活性相,在加氢脱硫过程中过渡金属磷化物表层可能被硫化形成磷硫相,其可能与磷化物的催化活性和稳定性有关,过渡金属磷化物催化剂有望成为MoS2催化剂之后的又一代深度加氢脱硫催化剂。  相似文献   

11.
在氮气下一步退火含有植酸和钴的前驱体,合成了一种新型的CoP/Co2P/C复合纳米材料作为电催化剂,该催化剂在全pH值范围下表现出优异的电催化析氢活性和稳定性.在0.5mol/L的硫酸中,电流密度为10mA/cm~2时,过电位为135mV.在1mol/L KOH溶液中,CoP/Co_2P/C催化剂需要141 mV的过电位才能使电流密度达到10 mA/cm~2,在0.1mol/L磷酸盐缓冲溶液中,需要155mV的过电位才能使电流密度达到10mA/cm~2.这种优异的析氢活性主要归因于CoP/Co_2P纳米粒子和C层之间的协同作用.  相似文献   

12.
析氢反应是电解水产制氢的关键反应之一.在碱性条件下,由于催化剂表面与反应过程中产生的氧物种、氢物种与催化剂的吸附未处于最佳状态,析氢反应动力学往往比较缓慢,比在酸性条件下慢2-3个数量级.目前,铂基纳米催化剂被认为是最优的析氢催化剂,但因价格昂贵、稳定性较差,限制了其在电解水器件上的大规模应用.因此,设计一种价格较为低...  相似文献   

13.
《中国化学快报》2022,33(8):3752-3756
Hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen reduction reaction (ORR) have been considered as two critical processes in the field of electrocatalytic water-splitting for hydrogen production and fuel cells. However, the sluggish reaction kinetics of HER and ORR required efficient electrocatalyst such as Pt to promote such process. Transition metal phosphides (TMPs) exhibit great potential to replace noble metal electrocatalysts to accelerate HER and ORR due to their high activity and easy availability. Herein, a highly-efficient bifunctional CoP electrocatalyst for HER and ORR, featuring a unique core-shell structure decorated on nitrogen-doped carbon matrix was designed and constructed via etching a cobalt-based zeolitic imidazolate framework (ZIF-67) with phytic acid (PA) followed by pyrolysis treatment (PA-ZIF-67–900). Experimental results revealed that the pure-phase single-crystalline CoP exhibited outstanding electrocatalytic performance in HER and ORR, superior to Co(PO3)2 in PA-ZIF-67–700, hybrid phase of Co(PO3)2 and CoP in PA-ZIF-67–800 and Co2P-doped CoP in PA-ZIF-67–1000. To reach the current density of 10 mA/cm2 the as-synthesized CoP required an overpotential of 120 mV for HER in 1 mol/L KOH and half-wave potential of 0.85 V in O2-saturated 0.1 mol/L KOH. This work present new clue for construction of efficient and bifunctional electrocatalyst in the field of energy conversion and storage  相似文献   

14.
《Journal of Energy Chemistry》2017,26(6):1147-1152
Glucose-derived carbon sphere supported cobalt phosphide nanoparticles(Co P/C) were synthesized via a concise two-step method. The electrochemical measurement results indicate that the Co P/C prepared at 900 ℃ presents excellent electrocatalytic performance for hydrogen evolution reaction(HER). The overpotential at a current density of 10 m A cm~(-2) is 108 and 163 mV in 0.5 M H_2SO_4 and 1 M KOH, respectively, and maintains its electrocatalytic durability for at least 10 h. This work supplies a new field to challenge the construction of electrocatalysts for HER through using cost-effective carbon supported transition metal phosphides.  相似文献   

15.
Nanoparticles of cobalt phosphide, CoP, have been prepared and evaluated as electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER) under strongly acidic conditions (0.50 M H2SO4, pH 0.3). Uniform, multi‐faceted CoP nanoparticles were synthesized by reacting Co nanoparticles with trioctylphosphine. Electrodes comprised of CoP nanoparticles on a Ti support (2 mg cm?2 mass loading) produced a cathodic current density of 20 mA cm?2 at an overpotential of ?85 mV. The CoP/Ti electrodes were stable over 24 h of sustained hydrogen production in 0.50 M H2SO4. The activity was essentially unchanged after 400 cyclic voltammetric sweeps, suggesting long‐term viability under operating conditions. CoP is therefore amongst the most active, acid‐stable, earth‐abundant HER electrocatalysts reported to date.  相似文献   

16.
《中国化学快报》2022,33(11):4781-4785
Developing high-efficiency and robust durability electrocatalyst for hydrogen evolution reaction (HER) in water electrolysis functions as a crucial role for the construction of green hydrogen economy, herein, ultrafine W-doped vanadium nitride nanoparticles anchored on N-doped graphitic carbon framework (WVN@NGC) are synthesized through a one-step simple pyrolysis protocol. Owing to the enlarged catalytically active sites, enhanced electrical conductivity and optimized electronic structure, the resultant VN/WN@NGC delivered the prominent HER performance with overpotentials of 143 mV and 158 mV at 10 mA/cm2 in acid and alkaline media, respectively, accompanied by the long-term stability for at least 50 h. This work highlights a novel strategy for a metal-triggered modulation of nitride-based HER electrocatalyst for sustainable energy conversion device.  相似文献   

17.
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   

18.
Phosphorus‐modified tungsten nitride/reduced graphene oxide (P‐WN/rGO) is designed as a high‐efficient, low‐cost electrocatalyst for the hydrogen evolution reaction (HER). WN (ca. 3 nm in size) on rGO is first synthesized by using the H3[PO4(W3O9)4] cluster as a W source. Followed by phosphorization, the particle size increase slightly to about 4 nm with a P content of 2.52 at %. The interaction of P with rGO and WN results in an obvious increase of work function, being close to Pt metal. The P‐WN/rGO exhibits low onset overpotential of 46 mV, Tafel slope of 54 mV dec?1, and a large exchange current density of 0.35 mA cm?2 in acid media. It requires overpotential of only 85 mV at current density of 10 mA cm?2, while remaining good stability in accelerated durability testing. This work shows that the modification with a second anion is powerful way to design new catalysts for HER.  相似文献   

19.
Phosphorus‐modified tungsten nitride/reduced graphene oxide (P‐WN/rGO) is designed as a high‐efficient, low‐cost electrocatalyst for the hydrogen evolution reaction (HER). WN (ca. 3 nm in size) on rGO is first synthesized by using the H3[PO4(W3O9)4] cluster as a W source. Followed by phosphorization, the particle size increase slightly to about 4 nm with a P content of 2.52 at %. The interaction of P with rGO and WN results in an obvious increase of work function, being close to Pt metal. The P‐WN/rGO exhibits low onset overpotential of 46 mV, Tafel slope of 54 mV dec−1, and a large exchange current density of 0.35 mA cm−2 in acid media. It requires overpotential of only 85 mV at current density of 10 mA cm−2, while remaining good stability in accelerated durability testing. This work shows that the modification with a second anion is powerful way to design new catalysts for HER.  相似文献   

20.
《中国化学快报》2021,32(11):3355-3358
Designing non-noble metal electrocatalysts toward alkaline hydrogen evolution reaction (HER) with high performance at a large current density is urgent. Herein, a CoO/CoP heterostructure catalyst (termed POZ) was designed by a phosphating strategy. The strong electron transfer on the interface of CoO/CoP was experimentally and theoretically proven. POZ showed a low overpotential of 236 mV at 400 mA/cm2, which was 249 mV lower than non-phosphated sample. It also exhibited a remarkable solar-to-hydrogen conversion efficiency of 10.5%. In this work, the construction of CoO/CoP interface realized by a simple phosphating strategy could provide an important reference to boost the HER performance on those materials not merely metal oxides.  相似文献   

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