纳米多孔Ni、Ni3S2/Ni复合电极的制备及其电催化析氢性能

采用脱合金化和水热合成的方法制备纳米多孔Ni和纳米多孔Ni₃S₂/Ni复合电极。通过N₂吸附-脱附测试、XRD、SEM、TEM等方法表征电极的孔径分布、物相和微观结构。在1 mol·L^-1的NaOH溶液中,运用线性扫描伏安（LSV）曲线、交流阻抗（EIS）谱图、恒电流电解法等测试电极的电催化析氢性能。结果表明：在电流密度为50 mA·cm^-2时,与纳米多孔Ni相比,Ni₃S₂/Ni合金具有更低的析氢过电位以及更高的析氢活性,同时纳米多孔Ni₃S₂/Ni复合电极具有更低表观活化能和电子转移阻抗,进一步明确了过渡金属硫化物对电催化析氢性能的特殊贡献。     

介孔调控Co9S8/Ni3S2复合电极材料及电催化析氢性能

利用快速凝固结合化学脱铝模板法制备前驱体纳米多孔Ni-Co合金,再经气相沉积硫和热氢还原制备纳米多孔Co₉S₈/Ni₃S₂复合电极材料。研究表明,通过气相沉积,硫原子与Ni-Co合金原位生成CoS₂/NiS₂复合相,再经过热氢还原后,形成硫原子比例较低的Co₉S₈/Ni₃S₂复合相。该热氢还原过程不仅提高了Co₉S₈/Ni₃S₂各元素周围的电子密度,而且在其表面调制出有介孔结构的异质界面,进而提高其电子传输能力并增大活性比表面积。相比于其他同条件下制备的Ni、Co硫化物,Co₉S₈/Ni₃S₂拥有更佳的析氢反应（HER）活性,在50 mA·cm^-2的电流密度下,Co₉S₈/Ni₃S₂的HER过电位为234 mV,Tafel斜率为106 mV·dec^-1,经稳定性测试后,电压变化仅为14 mV。     

磷掺杂镍基硫化物超薄纳米片构筑多级微孔双功能催化剂促进高效水电解产氢

利用一步水热合成法在三维多孔泡沫镍(nickel foam, 简称 NF)表面构筑了由超薄纳米片交织互联形成的多级微孔结构复合材料。当初始混合料液中硫、磷物质的量之比为 1:1时, 在 120℃下水热反应 24 h获得了以 Ni₃S₂为主晶相、少量 NiPS₃为次晶相的镍基复合电催化剂(NiSP/NF)。得益于其超薄纳米片交织形成的独特二级微孔结构, 其电化学活性面积较空白 NF增加了近 14倍, 也为其在水电解析氢反应中的应用提供了充足的活性位点和界面通道。同时, 受益于晶态 Ni₃S₂和 NiPS₃所造成的晶格缺陷和强电子作用, 材料的本征催化活性也得以显著提升。多方协同作用使得 NiSP/NF在全水分解中均表现出优异的催化性能, 其在 1 mol·L^-1 KOH溶液中获得 10 mA·cm^-2的电流密度需要的析氢和析氧过电位仅为-67和 212 mV。在全水分解电解槽中, 其获得 100 mA·cm^-2的电流密度仅需 1.878 V的槽电压, 甚至在 500 mA·cm^-2的高电流密度下需要的分解槽压也仅为 2.558 V, 优于商业贵金属催化剂, 电解水产氢效率显著提高。NiSP/NF在全水分解中还呈现了极优异的长效稳定性及耐用性, 在电流密度为 500 mA·cm^-2时经过 120 h的恒电流催化后, 其增加的分解槽压不足 0.03 V。     

磷掺杂镍基硫化物超薄纳米片构筑多级微孔双功能催化剂促进高效水电解产氢

利用一步水热合成法在三维多孔泡沫镍(nickel foam,简称NF)表面构筑了由超薄纳米片交织互联形成的多级微孔结构复合材料。当初始混合料液中硫、磷物质的量之比为1∶1时,在120 ℃下水热反应24 h获得了以Ni₃S₂为主晶相、少量NiPS₃为次晶相的镍基复合电催化剂(NiSP/NF)。得益于其超薄纳米片交织形成的独特二级微孔结构,其电化学活性面积较空白NF增加了近14倍,也为其在水电解析氢反应中的应用提供了充足的活性位点和界面通道。同时,受益于晶态Ni₃S₂和NiPS₃所造成的晶格缺陷和强电子作用,材料的本征催化活性也得以显著提升。多方协同作用使得NiSP/NF在全水分解中均表现出优异的催化性能,在1 mol·L^-1 KOH溶液中获得10 mA·cm^-2的电流密度,需要的析氢和析氧过电位仅为67和212 mV。在全水分解电解槽中,其获得100 mA·cm^-2的电流密度所需的槽电压仅为1.878 V,甚至在500 mA·cm^-2的高电流密度下需要的分解槽压也仅为2.558 V,优于商业贵金属催化剂,电解水产氢效率显著提高。NiSP/NF在全水分解中还呈现了极优异的长效稳定性及耐用性,在电流密度为500 mA·cm^-2时经过120 h的恒电流催化后,其增加的分解槽压不足0.03 V。     

NiFe水滑石纳米片阵列负载Ru用于提升碱性电催化析氢和析氧性能

通过离子交换的方式将Ru负载到NiFe水滑石（LDH）纳米阵列表面得到（Ru/NiFe LDH），Ru的引入显著提升了NiFe LDH的活性比表面积，暴露了更多的活性位点，同时调控了其电子结构，大大提升了其本征催化活性。在碱性条件下，催化析氢反应时仅需50 mV的过电位即可达到10 mA·cm^-2的电流密度，Tafel斜率为52.3 mV·dec^-1。而相同条件下原始NiFe LDH达到10mA·cm^-2的电流密度则需要226 mV的过电位，Tafel斜率为157.5 mV·dec^-1。同时制备的Ru/NiFe LDH也展现出了良好的析氧催化活性，在50 mA·cm^-2的电流密度下，过电位仅为231 mV，而NiFe LDH则需237 mV。Ru/NiFe LDH在长时间的电催化条件下依然能保持良好的工作稳定性。     

Zn掺杂Co9S8纳米材料的制备及其在超级电容器和电催化析氢中的应用

采用原位溶剂热生长法设计合成了锌掺杂Co₉S₈纳米颗粒。各种表征技术和性能测试结果表明：锌掺杂Co₉S₈纳米颗粒的孔尺寸为18 nm,比表面积为23 m²·g^-1;同时微量的锌掺杂显著增强了Co₉S₈的电催化析氢（HER）活性及电容器性能。在HER性能测试中,当电流密度为10 mA·cm^-2时电位为-361 mV,电流密度最高可达38.26 mA·cm^-2,且具有优异的循环稳定性。同时在电容器性能测试中具有较高的比电容,当电流密度为1 A·g^-1时,质量比电容和面积比电容分别为235.48 F·g^-1和812.4 mF·cm^-2。     

CoFeOx/MoO2准平行纳米阵列电极的析氢性能

利用CoFe层状双金属氢氧化物(CoFe LDH)准平行纳米片阵列作为载体前驱体,通过原位负载及煅烧方式,实现了含有氧空位的 MoO₂纳米颗粒在纳米片阵列表面的生长。电化学研究结果表明,所得 CoFeO_x/MoO₂纳米阵列电极具有高析氢反应(HER)催化活性。该电极在10和1 000 mA·cm^-2时的HER过电位分别为40和217 mV。在50 mA·cm^-2的电流密度下,该电极可以稳定运行125 h。     

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。     

泡沫镍原位负载双金属AlCo层状双氢氧化物纳米催化剂高效电催化析氧反应

经一步水热法在泡沫镍（NF）上原位生长获得了AlCo-LDH/NF （LDH=层状双氢氧化物）催化剂。基于AlCo-LDH的高表面积和良好相界面,催化剂表现出了优异的电催化析氧反应（OER）活性。在碱性介质中,当电流密度为200 mA·cm^-2时,AlCo₃-LDH/NF催化剂具有419 mV的低过电位和50.04 mV·dec^-1的低Tafel斜率。     

两步电沉积构建NiFe/Ni3S2/NF分级异质电极用于大电流密度析氧反应

通过简便的两步电沉积法在泡沫镍表面有效复合非晶态Ni₃S₂材料与富缺陷的NiFe双金属羟基氧化物,从而构建了NiFe/Ni₃S₂/NF三维分级纳米异质电极。受益于非晶态Ni₃S₂和富缺陷NiFe材料的结构和催化优势,以及异质界面的强电子相互作用,使得NiFe/Ni₃S₂/NF催化电极表现出优异的析氧催化性能:达到100 mA·cm^-2时的析氧过电位仅为273 mV,远优于大多数已报道的Ni/Fe基复合材料。值得注意的是,在1 mol·L^-1KOH溶液中,仅需~372 mV的过电位即可稳定输出1000 mA·cm^-2的高电流密度达27 h以上。     

泡沫镍负载Fe2O3@Ni3S2纳米线网状结构电极的制备及其电催化析氧性能

通过两步水热法制备泡沫镍(NF)负载Fe_2O_3纳米粒子@Ni_3S_2纳米线网状结构电极(Fe_2O_3@Ni_3S_2/NF)。运用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、N_2吸附-脱附测试等方法对电极材料的物相和微观结构特征等进行了表征。水热条件下原位表面化学刻蚀生成的Ni_3S_2纳米线与三维多孔NF基体间拥有强结合力和低界面电阻,Fe_2O_3粒子均匀分布在纳米线的表面。在1 mol·L~(-1)的KOH溶液中,运用线性扫描伏安测试(LSV)、计时电位法、电化学交流阻抗测试(EIS)等对电极的电催化析氧(OER)性能进行了测试。结果表明:在100 mA·cm~(-2)的超高电流密度下,Fe_2O_3@Ni_3S_2/NF电极的OER过电势仅为223 mV,比Ni_3S_2/NF材料的过电势降低了285 mV;经过10 h计时电位测试,性能保持率高达80%。     

纳米多孔Ni、Ni3S2/Ni复合电极的制备及其电催化析氢性能

采用脱合金化和水热合成的方法制备纳米多孔Ni和纳米多孔Ni₃S₂/Ni复合电极。通过N2吸附-脱附测试、XRD、SEM、TEM等方法表征电极的孔径分布、物相和微观结构。在1 mol·L^-1的NaOH溶液中,运用线性扫描伏安(LSV)曲线、交流阻抗(EIS)谱图、恒电流电解法等测试电极的电催化析氢性能。结果表明:在电流密度为50 mA·cm^-2时,与纳米多孔Ni相比,Ni₃S₂/Ni合金具有更低的析氢过电位以及更高的析氢活性,同时纳米多孔Ni₃S₂/Ni复合电极具有更低表观活化能和电子转移阻抗,进一步明确了过渡金属硫化物对电催化析氢性能的特殊贡献。     

CoFeOx/MoO2准平行纳米阵列电极的析氢性能

利用CoFe层状双金属氢氧化物(CoFe LDH)准平行纳米片阵列作为载体前驱体,通过原位负载及煅烧方式,实现了含有氧空位的MoO₂纳米颗粒在纳米片阵列表面的生长。电化学研究结果表明,所得CoFeO_x/MoO₂纳米阵列电极具有高析氢反应(HER)催化活性。该电极在10和1 000 mA·cm^-2时的HER过电位分别为40和217 mV。在50 mA·cm^-2的电流密度下,该电极可以稳定运行125 h。     

表面硫化和磷化提升钼酸镍的析氢性能

首先通过水热过程在泡沫镍（NF）上生长出钼酸镍纳米棒阵列（NMO/NF）,再依次利用水热硫化和气相磷化法改性钼酸镍纳米棒阵列获得三维自支撑析氢电催化剂（PS-NMO/NF）。研究表明,硫化作用诱导钼酸镍纳米棒阵列向类珊瑚球结构转变并形成具有高电化学活性表面积的无定形硫化物壳层,显著提高钼酸镍析氢反应（HER）活性。进一步磷化处理,表面形成的无定形磷酸盐与硫化物形成丰富的异质界面,促进了电子转移,进一步提升了电极的HER性能。在1 mol·L^-1 KOH电解液中,电流密度为10 mA·cm^-2时,PS-NMO/NF所对应的析氢过电势为93 mV; 100 mA·cm^-2的电流密度所对应的析氢过电势仅为180mV,Tafel斜率为67 mV·dec^-1,而且在20 h内可稳定运行,无明显衰减。