MoSe2/Co-MOF/NF复合材料的制备及电催化产氧性能

设计高效的催化剂对于电解水制氢至关重要。基于过渡金属硒化物(TMSe)的高催化活性和金属有机骨架(MOFs)的灵活结构,我们提出了一种将MOFs与TMSe复合的策略,在导电基底泡沫镍(NF)上生长的复合材料不仅继承了2种单体的优点,还有效地改善了MOFs导电性差、TMSe易团聚的缺点。MoSe₂/Co-MOF/NF在碱性溶液中展示出优异的电催化产氧活性,在电流密度为10 mA·cm^-2时其过电位仅为242 mV,塔菲尔斜率仅为50.64 mV·dec^-1。此外,该材料在碱性溶液中经1 000圈循环伏安(CV)循环测试和30 h的恒电压电解测试均表现出良好的稳定性。     

MoSe2/Co-MOF/NF复合材料的制备及电催化产氧性能

设计高效的催化剂对于电解水制氢至关重要。基于过渡金属硒化物(TMSe)的高催化活性和金属有机骨架(MOFs)的灵活结构,我们提出了一种将MOFs与TMSe复合的策略,在导电基底泡沫镍(NF)上生长的复合材料不仅继承了2种单体的优点,还有效地改善了MOFs导电性差、TMSe易团聚的缺点。MoSe₂/Co-MOF/NF在碱性溶液中展示出优异的电催化产氧活性,在电流密度为10 mA·cm^-2时其过电位仅为242 mV,塔菲尔斜率仅为50.64 mV·dec^-1。此外,该材料在碱性溶液中经1 000圈循环伏安(CV)循环测试和30 h的恒电压电解测试均表现出良好的稳定性。     

CuCo2O4/NiFe层状双金属氢氧化物核壳纳米花球阵列的高效析氧反应

采用界面工程策略在泡沫镍(NF)上制备了CuCo₂O₄/NiFe层状双金属氢氧化物(LDH)(CuCo₂O₄/NiFe-LDH@NF)核壳纳米花球阵列。研究表明,电子通过CuCo₂O₄和NiFe-LDH耦合界面发生转移,导致核心CuCo₂O₄处于富电子状态,从而提高了反应速率。非晶态NiFe-LDH外壳不仅为电子/物质提供更多的传输通道和增加活性位点。同时,还能在电催化析氧反应(OER)中保护核心CuCo₂O₄免受强碱腐蚀。因此,在1.0 mol·L^-1 KOH溶液中,将CuCo₂O₄/NiFe-LDH@NF用作OER催化剂时,仅需191mV的低过电位即可实现10 mA·cm^-2的电流密度和31 mV·dec^-1的低Tafel斜率。此外,CuCo₂O₄/NiFe-LDH@NF在长时间的工作中能够保证催化性能、晶体结构、形貌结构和组成的稳定。     

CuCo2O4/NiFe层状双金属氢氧化物核壳纳米花球阵列的高效析氧反应

采用界面工程策略在泡沫镍(NF)上制备了 CuCo₂O₄/NiFe 层状双金属氢氧化物(LDH) (CuCo₂O₄/NiFe-LDH@NF)核壳纳米花球阵列。研究表明,电子通过CuCo₂O₄和NiFe-LDH耦合界面发生转移,导致核心CuCo₂O₄处于富电子状态,从而提高了反应速率。非晶态NiFe-LDH外壳不仅为电子/物质提供更多的传输通道和增加活性位点。同时,还能在电催化析氧反应(OER)中保护核心 CuCo₂O₄免受强碱腐蚀。因此,在 1.0 mol·L^-1 KOH 溶液中,将 CuCo₂O₄/NiFe-LDH@NF 用作 OER 催化剂时,仅需 191mV 的低过电位即可实现 10 mA·cm^-2的电流密度和 31 mV·dec^-1的低 Tafel斜率。此外,CuCo₂O₄/NiFe-LDH@NF 在长时间的工作中能够保证催化性能、晶体结构、形貌结构和组成的稳定。     

超小纳米Co3O4耦合高含氮碳复合材料的电催化析氧性能研究

过渡金属氧化物是一种具有高效催化活性的电解水析氧反应催化剂,但低电子电导率限制了其催化活性,将活性纳米材料与导电基质材料复合,是构筑高性能电极材料或电化学催化剂的有效途径。采用溶剂热法制备了负载在C₃N₄上的聚合卟啉,经Co元素修饰和热处理后得到Co₃O₄/NC催化剂,采用XRD、SEM、TEM、XPS和FT-IR等方法对催化剂的物理化学性质进行表征。结果表明,Co₃O₄/NC-600具有超小纳米Co₃O₄结构,且其含氮量高,吡啶N与Co之间产生了协同作用,催化剂在OER反应中表现出良好的催化性能,其Tafel斜率仅为66.4 mV/dec,达到10 mA/cm²的电流密度所需的过电势为343.3 mV。     

复合电沉积制备Ni/NiFe2O4电极及其电催化析氧性能

采用共沉淀法制备尖晶石型NiFe2O4粉体,然后将其加入瓦特镀镍液中,采用复合电沉积制备Ni/NiFe2O4复合电极。通过改变镀液的pH值、阴极电流密度jk等条件,探索最佳工艺条件。运用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射仪(XRD)表征粉体以及复合电极的组成和结构。结果表明,在镀液pH值为5.8～6.0、jk为40×10-3～60×10-3A/cm2条件下,所得复合电极中NiFe2O4的质量分数最高可达55.15%。采用循环伏安、稳态极化以及恒电势阶跃,研究了电极在5 mol/L KOH溶液中的电催化析氧性能。与Ni电极对比,Ni/NiFe2O4复合电极的电催化析氧性能更好,比表面积是镍电极的23.02倍,表观活化能降低了62.07 kJ/mol。恒电势长时间电解析氧实验表明,Ni/NiFe2O4复合电极在碱性介质中具有较高的析氧稳定性。     

Ni掺杂ZIF-65复合材料的制备及其电催化析氧性能

以ZIF-65作为前驱体,通过简单的化学沉淀法对其进行了镍的掺杂。X射线衍射仪和扫描电子显微镜表征结果显示成功合成了形貌均匀的Ni掺杂ZIF-65。我们检验了ZIF-65以及Ni掺杂ZIF-65在三电极体系中的电催化氧析出反应的活性。结果表明Ni的掺杂提高了ZIF-65的电催化活性,并优于传统贵金属催化剂二氧化钌的电催化性能。     

B-Co3O4/C复合纳米材料的制备及其电催化析氧性能

本文以雪莲果为碳源,采用热解法制备碳材料(C),以硝酸钴、四硼酸钠和碳材料为原料,通过热解法合成硼掺杂四氧化三钴/碳(B-Co₃O₄/C)复合纳米材料。运用XRD、FTIR、SEM、XPS等手段对其结构、形貌和组成进行表征。利用线性扫描(LSV)和Tafel曲线等电化学测试方法研究了B-Co₃O₄/C复合纳米材料的电催化析氧反应(OER)性能。结果表明,该材料具有较好的电催化OER活性。在1.0mol/L的KOH电解液和10mA·cm^-2的电流密度下,B-Co₃O₄/C复合纳米材料的过电位为293mV,Tafel斜率为45.0mV·dec^-1。在10mA·cm^-2电流密度下连续测试10h, B-Co₃O₄/C的电位变化不大,通过法拉第效率测试该催化剂的产氧效率为94%,说明硼原子的掺入改变了B-Co₃O₄...     

高效析氧反应催化剂Fe-MIL-101的制备及性能研究

近年来,金属有机骨架(MOFs)逐渐用于析氧反应(OER)领域.在以往研究中,MOFs通常作为前驱体在高温下热解制备金属氧化物/多孔碳复合材料以提高OER性能.虽然金属氧化物/多孔碳复合材料显示出较高的催化活性,但是它们需要复杂的制备工艺和高温条件.因此,寻找一种不经过热解处理可以直接用作OER的高效能MOFs催化剂是...     

核-壳结构磁性金属有机骨架材料Fe3O4@UiO-66-NH2的合成、表征及催化性能

UiO-66-NH₂是以Zr⁴⁺为金属,以2-氨基对苯二甲酸为配体制备得到的金属有机骨架材料,它是目前报道中具有较高热稳定性和化学稳定性的材料之一。本文以Fe₃O₄为核,以UiO-66-NH₂为壳,采用层层自组装方法制备了核-壳结构的磁性金属有机骨架材料Fe₃O₄@UiO-66-NH₂。利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和氮气吸附等对其进行了表征,并考察了该磁性材料在克脑文盖尔(Knoevenagel)缩合反应中的催化性能。结果表明,该磁性材料Fe₃O₄@UiO-66-NH₂为核-壳结构,壳层厚度约为100 nm,氨基含量为1.70 mmol·g^-1。该磁性复合材料具有Fe₃O₄和UiO-66-NH₂的双重功能,既可以磁性分离,又具有UiO-66-NH₂的孔结构和催化性能。由于壳层材料中Lewis酸性位(Zr⁴⁺)和碱性基团(-NH₂)的协同催化能力及其壳层的纳米尺寸,该磁性材料在Knoevenagel缩合反应中表现出和UiO-66-NH₂纳米粒子相当的催化活性。而且,通过磁性分离实现催化剂的多次循环使用后,其结构没有明显变化。     

CoBx/Co3O4电催化剂的制备及其氧析出性能

采用NaBH4溶液处理经水热、热处理步骤制得Co3O4纳米棒,得到表面富含氧空位以及无定型CoBx的Co3O4(CoBx/Co3O4)氧析出(OER)电催化剂。利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)等技术表征了催化剂的物相、微观形貌、元素组成以及表面化学键结构等。通过电化学工作站测试了电极材料的OER活性、稳定性、电化学阻抗等。结果表明,经NaBH4处理后,Co3O4表面高价态Co被还原至低价态Co,最终其表面有无定型CoBx的生成,并含有大量氧空位,有效提升了OER性能。在1.0 mol·L^-1 KOH电解质溶液中,达到10 mA·cm^-2的电流密度时,CoBx/Co3O4所需的过电位由Co3O4的346 mV降至298 mV。     

Co3O4/CeO2异质结制备及其在碱性介质中电催化析氧性能

通过简易的两步法制备一系列Co_3O_4/CeO_2异质结。其结构、形貌和微结构分别通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)表征。在碱性介质中,其电催化析氧性能随着Co_3O_4/CeO_2质量比的变化而变化,并有一最佳值。当Co_3O_4和CeO_2质量比为58.5%时,在1.0 mol·L~(-1)KOH溶液中,10 mA·cm~(-2)的电流密度下,过电位为347 mV,Tafel斜率为72.7mV·dec~(-1),并且稳定性良好。此时的过电位低于Co_3O_4(440 mV)、商用RuO_2(359 mV)和CeO_2(570 mV)。X射线光电子能谱(XPS)显示Co_3O_4的部分电子向CeO_2转移。这导致复合材料的导电性提高,CeO_2表面的氧空位浓度和活性氧物种增加。     

片状Co9S8/ZnS/C复合材料的制备及电催化产氧性能

以六水合硝酸钴[Co(NO_3)_2·6H_2O]为钴源、六水合硝酸锌[Zn(NO_3)_2·6H_2O]为锌源、2,2′-硫代二乙酸(C4H6O4S)为硫源,采用溶剂热法制备出了片状的Co_9S_8/ZnS/C复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和N_2吸附/脱附测试等手段对于片状Co_9S_8/ZnS/C复合材料结构和形貌等进行表征,同时对片状Co_9S_8/ZnS/C复合材料进行了电催化产氧性能测试。结果表明:片状Co_9S_8/ZnS/C复合材料的起始过电位为390 mV,塔菲尔斜率为144 mV·dec~(-1),具有高的电催化产氧性能。     

不同晶型MnO2纳米阵列的可控合成及其电催化析氧性能

采用一步水热法,通过改变反应温度和硫酸的用量,在碳纸(CFP)表面可控合成了α?MnO₂纳米线和δ?MnO₂纳米片阵列,研究了MnO₂纳米阵列的电催化析氧反应(OER)性能。结果表明,在碱性介质中,α?MnO₂纳米线阵列的OER活性优于δ?MnO₂纳米片阵列,在电流密度为10 mA·cm^-2时,α?MnO₂纳米线阵列的析氧过电位为444 mV(δ?MnO₂纳米片的过电位为522 mV)。通过X射线光电子能谱的表征分析可知,更高含量的Mn³⁺和表面更丰富的氧空位浓度是α?MnO₂纳米线阵列催化活性更高的原因。     

FeOOH/Co/FeOOH Hybrid Nanotube Arrays as High‐Performance Electrocatalysts for the Oxygen Evolution Reaction

Herein, we developed FeOOH/Co/FeOOH hybrid nanotube arrays (HNTAs) supported on Ni foams for oxygen evolution reaction (OER). The inner Co metal cores serve as highly conductive layers to provide reliable electronic transmission, and can overcome the poor electrical conductivity of FeOOH efficiently. DFT calculations demonstrate the strong electronic interactions between Co and FeOOH in the FeOOH/Co/FeOOH HNTAs, and the hybrid structure can lower the energy barriers of intermediates and thus promote the catalytic reactions. The FeOOH/Co/FeOOH HNTAs exhibit high electrocatalytic performance for OER, such as low onset potential, small Tafel slope, and excellent long‐term durability, and they are promising electrocatalysts for OER in alkaline solution.     

用于电催化析氧反应电极的制备策略

随着能源枯竭和环境污染等问题的日益严重,开发清洁可再生能源及相关新型技术迫在眉睫。近年来,水分解、金属-空气电池等电化学能源储存和转换技术得到人们的广泛关注。电催化析氧反应(Oxygen evolution reaction,OER)是其中的一个关键反应,大量高性能的OER电催化剂不断见诸报道。除了材料本征催化活性的影响,不同的电极制备方式同样会对催化剂性能的发挥起到重要作用,越来越多的研究者致力于探索高效OER电极的设计与制备方法。本综述从方法论的角度,详细介绍了目前高效OER电极的制备策略,讨论了各类制备方式的优势和不足,总结了相关工作的最新研究进展,概述了新型电极的制备方法。最后,对电极制备策略的发展方向进行了总结与展望。     

Synthesis of a Hierarchically Porous C/Co3O4 Nanostructure with Boron Doping for Oxygen Evolution Reaction

Fabricating a low‐cost and highly efficient electrocatalyst is of importance for the development of renewable energy devices. In this work, we have synthesized an ultrafine cobalt oxide nanocatalyst (5–10 nm) doped with boron (BC/Co₃O₄) by using a metal–organic framework as a precursor, which exhibits an excellent catalytic activity for oxygen evolution reaction (OER). Owing to the improvement of accessible active sites by boron doping, the synthesized catalyst can reach a current density of 10 mA cm^?2 at 1.54 V with a low overpotential of 310 mV, superior than those of commercial RuO₂ and N‐doped C/Co₃O₄. This work provides a facile way to develop highly efficient catalysts for electrochemical reactions.     

Theoretical Investigation on the Hydrogen Evolution,Oxygen Evolution,and Oxygen Reduction Reactions Performances of Two-Dimensional Metal-Organic Frameworks Fe3(C2X)12 (X = NH,O, S)

Two-dimensional metal-organic frameworks (2D MOFs) inherently consisting of metal entities and ligands are promising single-atom catalysts (SACs) for electrocatalytic chemical reactions. Three 2D Fe-MOFs with NH, O, and S ligands were designed using density functional theory calculations, and their feasibility as SACs for hydrogen evolution reaction (HER), oxygen evolution reaction (OER), and oxygen reduction reaction (ORR) was investigated. The NH, O, and S ligands can be used to control electronic structures and catalysis performance in 2D Fe-MOF monolayers by tuning charge redistribution. The results confirm the Sabatier principle, which states that an ideal catalyst should provide reasonable adsorption energies for all reaction species. The 2D Fe-MOF nanomaterials may render highly-efficient HER, OER, and ORR by tuning the ligands. Therefore, we believe that this study will serve as a guide for developing of 2D MOF-based SACs for water splitting, fuel cells, and metal-air batteries.     

Ni/NiCo2O4电极的制备及其析氧反应性能

采用溶胶-凝胶法制备NiCo₂O₄尖晶石粉体, 然后以多孔Ni 为基体, 通过复合溶胶涂覆结合烧结制备Ni/NiCo₂O₄ 涂层电极. 运用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱(EDS)和X 射线衍射(XRD)表征粉体以及Ni/NiCo₂O₄涂层电极的组成和结构. 采用循环伏安(CV), 稳态极化(LSV), 电化学阻抗谱(EIS), 恒电位阶跃以及恒电位长时间电解研究涂层电极在5 mol·L^-1 KOH溶液中的电催化析氧反应(OER). 结果表明: Ni/NiCo₂O₄涂层电极与多孔Ni 电极对比, 具有低的析氧过电位、高的比表面积和高的稳定性能; 其中比表面积增大了28.69倍,表观活化能在不同过电位分别降低了166.78和162.15 kJ·mol^-1.