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    在非貴金屬電解水催化劑領域取得重要進展


    發布時間:2020-06-21

    化學學院 科學技術處消息 2020年6月,國際權威期刊《Advanced Functional Materials》發表了我校關于氧化鈰耦合氮化鈷多孔納米片陣列電極用于高效電催化全解水的研究成果“Boosting Activity on Co4N Porous Nanosheet by Coupling CeO2 for Efficient Electrochemical Overall Water Splitting at High Current Densities”,并被選為內封面文章。該成果由化學學院孫洪明等人完成,天津師范大學為第一作者和通訊作者單位?!禔dvanced Functional Materials》是材料科學領域國際著名學術期刊之一,最新影響因子為15.621。

    電解水技術不僅是一種工業化制備高純氫氣的重要方式,也是一種將間歇性能源(風能、太陽能等)轉化為氫能儲存起來的有效途徑。一般來講,電解水過程反應能壘大,過電位高,所以需要高活性的析氫反應(HER)和析氧反應(OER)電催化劑來加速反應。目前,高效的HER和OER電催化劑分別以Pt和Ru/Ir氧化物為主,但這些貴金屬的稀缺性和高成本限制了它們的大規模應用。因此,迫切需要開發非貴金屬的HER和OER電催化劑。另外,反應條件的不匹配使得很難在單個電解槽中尋找耦合良好的兩種電催化劑來進行全解水。目前就需要開發一種可以在同一電解液中同時有效催化HER和OER的電催化劑,以避免不同電催化劑在陰極和陽極的交叉效應,并可以進一步降低設備制造成本。

    基于此,本文通過陰離子插層增強電沉積和選擇性高溫氮化的方法制備了超親水Co4N-CeO2復合納米片陣列自支撐電極。實驗結合DFT理論計算結果表明:CeO2耦合Co4N極大地促進了水分子的分解、優化了氫的吸附并降低了OER中間反應的能壘,顯著提高了HER和OER的本征催化活性。在導電基底上原位生長超親水Co4N-CeO2多孔納米片陣列可加速基底與催化劑之間的電子傳導,促進氣泡及時釋放并阻止催化劑脫落,從而確保了催化劑在大電流密度下高效穩定的工作狀態。因此,由Co4N-CeO2電極組裝成的電解槽表現出了比貴金屬Pt/C和RuO2電極組裝成的電解槽更優異的全解水催化活性和穩定性。

    (論文信息:Hongming Sun, Caiying Tian, Guilan Fan, Jianing Qi, Ziting Liu, Zhenhua Yan, angyi Cheng, Jing Chen, Cheng-Peng Li*, and Miao Du*, Adv. Funct. Mater. 2020, DOI: 10.1002/adfm.201910596.)



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