高结晶度硼酸镍纳米棒的制备及其电催化析氧性能研究北大核心CSCD

氢能被视为21世纪最具发展潜力的能源.电解水制氢具有诸多优点,如原料来源广泛、操作简便、产品纯度高、无污染,已成为最具有应用前景的方法之一,但其阳极氧析出反应动力学缓慢,严重制约电解水制氢的效率.因此,发展氧析出电催化剂尤为重要.本文利用高温煅烧法制备了硼酸镍纳米棒,长度约为2μm,直径约为200nm.与文献报道的低结晶度或无定型硼酸盐析氧催化剂不同,硼酸镍纳米棒的结晶度较高,并且具有较好的OER催化活性和稳定性.其催化活性可以通过与其他导电材料复合或进一步减小其尺寸等方式提升.     

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。     

多壳层中空镍钴双金属磷化物纳米球用于高效电催化析氧北大核心CSCD

析氧反应是金属-空气电池和电解水制氢等电化学系统中关键的反应,研究其高效稳定非贵金属电催化剂至关重要。本文以金属有机骨架化合物(MOF)作为前驱体,通过高温煅烧制备了具有多壳层中空结构的镍钴双金属磷化物(NiCo-P)。这种独特的结构有利于电解液的渗透,能够提供丰富的暴露活性位点和快速传质路径,同时,镍钴双金属具有协同作用促进电化学性能。结果表明,n(Ni)∶n(Co)=1∶10制备的NiCo-P-0.1催化剂在1.0 mol/L KOH电解液中表现出良好的催化活性和稳定性,在10 mA/cm^(2)电流密度的过电势为329 mV,具有良好的应用前景。本工作为高活性和高稳定性的电催化析氧催化剂的制备提供了一种全新途径。     

高结晶度硼酸镍纳米棒的制备及其电催化析氧性能研究

氢能被视为21世纪最具发展潜力的能源. 电解水制氢具有诸多优点,如原料来源广泛、操作简便、产品纯度高、无污染,已成为最具有应用前景的方法之一,但其阳极氧析出反应动力学缓慢,严重制约电解水制氢的效率. 因此,发展氧析出电催化剂尤为重要. 本文利用高温煅烧法制备了硼酸镍纳米棒,长度约为2 μm,直径约为200 nm. 与文献报道的低结晶度或无定型硼酸盐析氧催化剂不同,硼酸镍纳米棒的结晶度较高,并且具有较好的OER催化活性和稳定性. 其催化活性可以通过与其他导电材料复合或进一步减小其尺寸等方式提升.     

钴铁双金属氧化物多孔纳米棒的制备及其电解水析氧性能

通过简单的钴铁前躯体热分解法制备了系列一维Co_(1-x)Fe_xO_y(0≤x≤1)多孔纳米材料,并在1 mol·L~(-1) KOH溶液中研究了其电解水析氧催化性能。研究发现不同Fe掺杂量对材料的结构与电解水析氧催化性能有较大的影响,其中16%(n/n)Fe掺杂量的Co_(1-x)Fe_xO_y具有最优的析氧催化性能。在10 m A·cm~(-2)电流密度下其析氧过电位为345 mV,塔菲尔斜率为54 mV·dec~(-1),并表现出优异的析氧稳定性能。廉价、高效的Co_(1-x)Fe_xO_y多孔纳米棒材料有望成为优良的析氧催化剂用于电解水制氢。     

钴铁双金属氧化物多孔纳米棒的制备及其电解水析氧性能

通过简单的钴铁前躯体热分解法制备了系列一维Co_1-xFe_xO_y（0≤x≤1）多孔纳米材料,并在1 mol·L^-1 KOH溶液中研究了其电解水析氧催化性能。研究发现不同Fe掺杂量对材料的结构与电解水析氧催化性能有较大的影响,其中16%（n/n）Fe掺杂量的Co_1-xFe_xO_y具有最优的析氧催化性能。在10 mA·cm^-2电流密度下其析氧过电位为345 mV,塔菲尔斜率为54 mV·dec^-1,并表现出优异的析氧稳定性能。廉价、高效的Co_1-xFe_xO_y多孔纳米棒材料有望成为优良的析氧催化剂用于电解水制氢。     

优化金属磷化物电催化析氢性能的策略

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.     

纳米多孔Ni和NiO的制备及电催化析氧性能

采用快速凝固与脱合金相结合的方法制备了纳米多孔Ni,经热处理氧化获得纳米多孔NiO,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附-脱附仪(BET)对纳米多孔Ni和NiO的物相、形貌结构和孔径分布进行了表征,并通过循环伏安、稳态极化和电化学阻抗分析研究了电极的电催化析氧性能.结果表明,由Ni₃₀Al₇₀所得纳米多孔Ni具有多层次纳米多孔结构,在10 mA/cm²电流密度下析氧过电位仅为224 mV,交换电流密度为0. 63297 m A/cm²,表观活化自由能为40. 297 k J/mol,经1000次循环后,过电位降低了5 mV(j=10 mA/cm²),表现出良好的催化稳定性和耐久性;热处理氧化降低了NiO的比表面积与电化学活性面积,平衡电位下扩散传质速率明显减小,析氧活性较Ni电极有所下降.     

过渡金属磷化物的制备及电催化析氢性能提升策略

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.     

软化学法合成有机杂化锗、锡硫属化物的研究进展

本文总结了软化学方法合成有机杂化的锗、锡硫属化合物的研究进展，介绍了代表性物质的结构以及[M₂Q₆]^4-、[M₃Q₇]2-、[M₄Q₉]^2-、[M₄Q₁₀]^4-(M=Ge，Sn；Q=S，Se，Te)等构筑单元的超分子组装、聚合过程中的主要影响因素。     

双核铁肟硼酸基多孔金属有机聚合物的合成、结构及其电催化析氧性能

采用氯化亚铁、2,6-二甲酰基-4-甲基苯酚二肟（H₃DFMP）和四（4-硼酸基苯基）甲烷（TBPM）,通过一步配位作用和硼酸酯化脱水聚合反应,合成了一例含金属的三维多孔有机聚合物（Fe₂-POP）。Fe₂-POP是以双核亚铁配位H₃DFMP的直线单元与TBPM的四面体单元连接而成的具有三维金刚石结构的多孔有机聚合物。对模型化合物的X射线单晶衍射分析验证了双核亚铁配合物单元的结构特征。红外光谱和固体核磁表征证明了Fe₂-POP中C=N和B-O键的形成。Fe₂-POP具有较高的比表面积（510 m²·g^-1）和均一的孔径（0.6~0.8 nm）。X射线光电子能谱表明了Fe₂-POP中二价铁的存在。扫描电子显微镜和透射电子显微镜显示该聚合物是由50~100 nm的球形颗粒组成。电化学测试表明,Fe₂-POP展现出了优异的电催化析氧性能,在10 mA·cm^-2电流密度下所需析氧反应过电位仅为258 mV,Tafel斜率为71.0 mV·dec^-1。     

具有高效析氧催化性能的铁基双元金属有机框架纳米棒研究

析氧反应(OER)是电解水制氢的关键步骤,开发高效、稳定、廉价的OER电催化剂是目前该领域的研究热点.碱性电解液中的OER电催化剂成分以Mn、Fe、Co、Ni等为主,其中单一组分的Fe基化合物催化活性不高,但碱性电解液中的痕量铁杂质极易掺入Ni、Co等非Fe基材料的结构中,极大影响其OER催化性能,即现有大部分非Fe基...     

纳米WO3的制备及其光解水析氧性能研究

用溶胶凝胶法,灼烧法合成了纳米级WO3,采用X-射线衍射、紫外可见漫反射光谱对WO3进行表征.在Fe3 为电子受体、溶液酸度pH为2.0情况下,研究了纳米级WO3在365nm紫外辐射下光解水析氧的光催化活性,并讨论了不同方法制备的催化剂活性差异的原因.结果表明,结晶程度越高、尺寸越小、比表面积越大的纳米级WO3具有更高的光分解水析氧活性,电子受体的浓度、溶液的酸度对析氧活性有明显的影响.     

基于醌基的共价有机框架用于电催化析氧反应

将蒽醌作为构筑单元设计合成了醌基功能化的新型2,6-二氨基蒽醌共价有机框架(DAAQ-COF). 粉末X射线衍射、 氮气吸附-脱附、 红外和热重等分析结果表明, DAAQ-COF具有高的结晶度和比表面积(577 m²/g). 此外, 醌基功能化的无金属DAAQ-COF显示出高的析氧反应(OER)活性(10 mA/cm²下, 过电位389 mV, Tafel斜率135 mV/dec). 这源于引入的醌基基团有效改变了COF框架的电子结构和化学特性, 加上COF材料本身的高结晶度和比表面积, 使得反应物能更有效地与活性位点接触, 从而促进OER进程. 这些结果表明合理地设计功能化的COF材料能够进一步推动此类材料在电催化领域的应用.     

室温快速合成一种钴基金属有机框架材料纳米颗粒用于高效氧析出

采用一种在室温下快速、温和的方法制备Co-MOF-74纳米颗粒,该纳米颗粒结晶度好、形貌均匀,可在碱性介质中实现高效电催化析氧反应（OER）。相较于传统的水热合成法,通过引入三乙胺大大降低了合成所需时间,只需室温下搅拌2 h即可得到Co-MOF-74纳米颗粒（约20 nm）。该纳米催化剂呈现出更高的比表面积（760 m²·g^-1）、良好的OER活性和稳定性,在10 mA·cm^-2的电流密度下过电势仅为275 mV。     

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。     

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。     

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。     

硼、磷共掺杂铁钴双金属材料的制备及其电催化析氧性能

采用一步水热法合成了硼、磷共掺杂铁钴材料(Fe-Co-B-P)。借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等技术对所合成材料的形貌、结构和组成进行表征。利用线性扫描伏安(LSV)、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等技术研究材料电化学析氧反应(OER)性能。结果表明,Fe-Co-B-P表面疏松且粗糙,颗粒间有许多空隙。在电流密度为10和100 mA·cm^-2时,其过电势分别为278和309 mV,Tafel斜率为24 mV·dec^-1,说明该材料具有较优的电催化析氧性能。其在连续进行10 h的计时电位测试过程中,电势基本保持在1.55 V(vs RHE),表明该催化剂具有较好的电化学稳定性。这是由于铁钴双金属与硼、磷非金属之间的协同作用促进了电子的传递。