Metal-organic framework derived NiCoP hollow polyhedrons electrocatalyst for pH-universal hydrogen evolution reaction

Hollow nanostructures have attracted increasing research interest in hydrogen evolution reaction owing to their unique structural features.Herein,Ni-Co mixed metal phosphide hollow and porous polyhedrons was successfully composited(expressed as NiCoP).Benefiting from the synergistic effects of ZIF-67 by doping Ni elements and the well-defined hollow and porous structure,the as-synthesized NiCoP hollow and porous polyhedrons exhibit better electrochemical properties and mechanical stability for hydrogen evolution reaction over a pH-universal range,with a small Tafel slopes of 72,101,176 mV/dec,and a low overpotential of 82,102,261 mV at a current density of 10 mA/cm² in 0.5 mol/L H₂SO₄,1 mol/L KOH and1 mol/L phosphate buffer solution(PBS).This general strategy can also be applied to fabricate other hollow cobalt-based phosphides and MOFs-derived materials for HER.     

磷化镍/氮硫双掺杂石墨烯复合材料的制备及电催化析氢性能

采用水热法合成了具有高活性的磷化镍纳米晶(Ni₂P), 并合成了氮、 硫共掺杂石墨烯负载磷化镍纳米催化剂(Ni₂P/NSRGO). 对该催化剂的结构和形貌进行了表征, 并研究其电催化析氢性能. 电化学测试结果表明, Ni₂P/NSRGO复合电催化剂的析氢性能优于Ni₂P/RGO催化剂, 具有较小的Tafel斜率(35 mV/dec)、 较低的过电位(η₁₀=140 mV)和良好的稳定性.     

"三明治夹心"型Ni-P@Ni-B/Ni电极的制备及高效全pH下的催化制氢性能

通过化学镀法制备了具有“三明治夹心”结构的Ni-P@Ni-B/Ni催化电极. 该催化材料为直径1 μm左右的微球. 电化学性能测试结果表明, 在电流密度为10 mA/cm ²时, 其在0.5 mol/L PBS缓冲液(pH=7)中的过电位仅为287 mV, 在此电位下连续工作24 h后, 电流密度仅衰减了7.6%. 同时Ni-P@Ni-B/Ni在酸性(0.5 mol/L H₂SO₄)和碱性(1 mol/L KOH)条件下也具有优异的析氢反应催化活性, 达到相同电流密度时过电位分别为199和79 mV. 该工作为全pH环境下高效电解水制氢提供了新思路.     

泡沫铜支撑Ru掺杂Cu3P自支撑催化剂及其析氢性能

过渡金属磷化物(TMP)是一种用于碱性条件下析氢反应(HER)的有效催化剂, 然而其活性严重受限于水解离步。本文通过在泡沫铜(CF)上生长Cu(OH)₂纳米阵列, RuCl₃溶液浸泡和磷酸化, 制备了一种具有较大比表面积和适当Ru掺杂的Ru-Cu₃P自支撑催化剂(Ru-Cu₃P/CF)。作为一种优良的HER催化剂,在电流密度为10 mA·cm^-2时, 其过电位为95.6 mV, 比Cu₃P/CF降低149.4 mV。其决速步由Volmer向Heyrovsky机制过渡。HER性能的提高可以归因于Ru掺杂磷化铜促进水解离过程,以及Cu(OH)₂纳米阵列衍生Cu₃P纳米结构具有更高的电化学活性面积, 从而保证了更多的活性位点。本论文突出了具有空的d轨道的金属掺杂促进水解离的重要性,为高性能电解水析氢催化剂的设计提供了新思路。     

Co诱导双位点协同效应实现高效肼电催化氧化

作为一种重要的能量载体,肼(N2H4)具有能量密度高、反应动力学快、常温下呈液态和燃烧无含碳副产物生成等优点,因此,肼电氧化反应(HzOR)成为解决能源危机以及相关环境问题的理想选择之一.与传统的氢和醇基燃料电池相比,直接肼燃料电池(DHFC,N2H4/O2,Eocp=1.56 V)更适合实际应用.然而,DHFC受到H...     

基于磺酰基杯[4]芳烃的Co16笼簇的合成、结构及电化学性质

以氯化钴、 对叔丁基磺酰杯[4]芳烃(H₄TC4A-SO₂)和非对称性3-(1H-四唑-5-基)苯甲酸(H₂L)为原料, 通过溶剂热法合成了一个具有四面体配位笼结构的16核化合物[Co₁₆(TC4A-SO₂)₄(OH)₄(L)₈]·[(C₈H₂₀N)(C₄H₁₂N)₂(C₂H₈N)]·solvent(Co₁₆-TC4A-SO₂). 采用X射线单晶衍射、 X射线粉末衍射、 热重分析、 红外光谱方法对配合物进行了表征. 将Co₁₆-TC4A-SO₂笼簇直接负载到碳纸上(Co₁₆-TC4A-SO₂/CP)用作工作电极, 其对析氧反应(OER)展现出较好的催化性能. 在1 mol/L KOH中, Co₁₆-TC4A-SO₂/CP在343.8 mV的过电位下达到10.0 mA/cm ²电流密度, Tafel斜率为79.31 mV/dec, 并且在20.0 mA/cm ²电流密度下表现出长达48 h的催化稳定性.     

铂微粒修饰的氧化钛电极对甲醇的电催化氧化性能

直接甲醇质子交换膜燃料电池(DMPEMFC)可用作未来电动车辆的动力电源,但要达到实际应用还有大量问题有待进一步解决.目前限制DMPEMFC实际应用的主要问题是甲醇阳极氧化催化剂低的活性、高的价格及催化剂的毒化.     

氮掺杂超薄碳纳米片复合铂钌单原子合金催化剂的电化学析氢性能

为了减少贵金属的用量, 降低成本, 提高大规模生产的可能性, 构建单原子合金(SAA)是一个非常可行的解决方案. 设计了一种超小PtRu单原子合金物种均匀分散在掺氮超薄碳纳米片上的电催化剂(PtRu SAA/NC), 并通过基于同步辐射的X射线吸收精细结构(XAFS)光谱进行了结构确认. 与纯Ru团簇和氮掺杂的碳片相比, PtRu SAA/NC具有更高的析氢反应(HER)催化活性和特殊的稳定性, 在0.5 mol/L H₂SO₄溶液中进行HER时, 表现出较小的Tafel斜率(43 mV/dec), 且在10 mA/cm²电流密度下过电位仅为54 mV.     

多壳层中空FeP微球的制备及全Ph范围的电催化产氢性能

设计合成了一种多壳层中空多孔结构的磷化铁(FeP)微球, 通过扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对微球的表面形貌和物相组成等进行表征, 并通过电化学工作站测试了材料的析氢性能. 结果表明, FeP微球和掺杂导电剂碳纳米管(CNT)后的FeP/CNT复合电催化剂在宽pH范围的电解液中均展现出了优异的电催化活性, 在酸性、 碱性和中性条件下析氢反应过程中的塔菲尔斜率分别为55.0, 64.9, 163.2 mV/dec, 当电流密度达到10 mA/cm ²时, 过电势仅分别为97, 169, 495 mV(vs. RHE), 且表现出了超长的循环稳定性.     

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。     

介孔碳化钨纳米片团簇的制备及其电催化析氢性能

采用阳极氧化法与原位还原碳化法相结合,在电击穿条件下可控制备了具有介孔结构的碳化钨纳米片团簇(WC NFs)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、N₂吸附-脱附测试表征其物相、微观结构和孔径分布。在1 mol·L^-1H₂SO₄溶液中采用线性扫描伏安法、循环伏安法、计时电流法以及交流阻抗谱测试催化剂的电化学性能。结果表明,在650℃下还原碳化所制备的WC NFs具有最佳的电催化析氢性能,在电流密度为10 mA·cm^-2时过电位η₁₀仅为150 mV,Tafel斜率为56 mV·dec^-1,并具有良好的循环稳定性。     

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.     

一维有序聚苯胺纳米阵列的制备及电化学储能性能

以导电玻璃FTO为基底电极, 在硫酸溶液中, 分别研究了苯胺单体浓度和恒定电流大小对聚苯胺(PANI)形貌的影响; 同时恒定苯胺单体的浓度和工作电流, 探究了不同类型的质子酸对PANI阵列形貌的影响. 结果表明, 采用恒电流方法可以制备出一维有序PANI纳米线阵列, 而且当苯胺的浓度为0.1 mol/L, 恒电流法的工作电流密度为0.03 mA/cm²时, 所制备的PANI纳米线阵列形貌最佳; 当用HCl, HNO₃和对甲苯磺酸(p-TSA)作为合成PANI的支持液时, 得到树桩状的PANI 纳米结构, 不能得到均一的纳米线阵列结构. 电化学性能测试结果表明, 制备的最佳形貌PANI纳米线阵列的比电容值可达560 F/g; 循环1000周后电容损失率为11%.     

可规模化合成的Ru2P@Ru/CNT用于高效海水裂解

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.     

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。     

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.     

核壳结构Ru@PtRu纳米花电催化剂的制备及碱性氢析出反应性能研究

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@Pt_0.24Ru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@Pt_0.24Ru/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@Pt_0.24Ru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@Pt_0.24Ru纳米花结构的稳定性.     

无电沉积硼化镍材料对水氧化的电催化性能

通过无电沉积/化学镀的方法分别制得石墨烯(Graphene)、 镍网(Ni foam, NF)、 钛网(Ti mesh, TM)、 碳布(Carbon cloth, CC)负载的硼化镍材料. 其中在石墨烯基底上生长的硼化镍层由规则的纳米颗粒构成, 且均匀致密. 对几种材料在碱性条件下(1.0 mol/L KOH电解质中)的水氧化电催化性能进行了研究, 结果表明, 石墨烯基底上生长的硼化镍材料(NiB_x/graphene)具有最佳的水氧化电催化性能. 电流密度达到10 mA/cm²时的过电位仅为277 mV, 相应的Tafel斜率为57 mV/dec. 对石墨烯负载的硼化镍材料进行烧结, 测得过电位为330 mV, 与未烧结的样品相比电催化活性下降. 该方法所制的石墨烯负载的硼化镍材料兼具高电催化活性和稳定性, 为低成本、 高效率的水氧化非贵金属电催化剂的制备提供了新思路.     

Improved oxygen reduction reaction via a partially oxidized Co-CoO catalyst on N-doped carbon synthesized by a facile sand-bath method

Partially oxidized Co-CoO on N-doped carbon was synthesized via a facile sand-bath route. Co-CoO_x/N-C (SBM) exhibited much O_latt sites and catalytic activity of oxygen reduction action.