寻找活性高、稳定性好、成本低廉的氢析出反应电催化剂是氢析出反应的最佳选择,故析氢催化剂的探究受到广泛关注.贵金属Pt基、Ir基和Ru基等催化剂具有优异的析氢催化活性以及稳定性,但贵金属的价格和储量问题导致其一直无法商业化应用....寻找活性高、稳定性好、成本低廉的氢析出反应电催化剂是氢析出反应的最佳选择,故析氢催化剂的探究受到广泛关注.贵金属Pt基、Ir基和Ru基等催化剂具有优异的析氢催化活性以及稳定性,但贵金属的价格和储量问题导致其一直无法商业化应用.金属镍具有类Pt的电子结构,故将镍基材料应用于电催化析氢反应受到格外的重视.本文采用简单易行的化学还原-退火两步法合成了负载在Vulcan上的Ni-B纳米颗粒.XRD表征表明,煅烧前的Ni-B/C材料在45.36°处有一个钝峰,说明材料为无定形态,在25.21°处为碳材料(002)晶面的峰.退火后处理的样品Ni-B-200、Ni-B-300、Ni-B-400和Ni-B-500在45°、52°和76°左右有三个明显的峰,通过对比标准卡片(JCDPS87-0712)发现其分别归属于Ni的(111)、(200)和(220)晶面.随着温度的升高,特征峰向低角度略有偏移,表现出镍的晶格略有扩张,可能是B进入Ni晶格间隙造成的.从催化剂Ni-B、Ni-B-200、Ni-B-300、Ni-B-400和Ni-B-500的TEM图片中统计得到颗粒的平均粒径分别为9.0、11.0、16.4、17.9和20.6 nm,说明随着温度的升高,Ni-B颗粒逐渐变大,且与根据XRD数据通过谢乐公式计算得到的各催化剂晶粒粒径大小的结果基本一致.XPS测试表明,相比于其他材料Ni的特征峰,Ni-B-400中Ni的键能向高的方向偏移,电子密度下降,有利于在析氢过程中吸附含氧物种,加快催化过程中的V°lmer步骤,从而提高催化剂的析氢活性.样品Ni-B/C-400的Ni^2+峰面积与Ni^0峰面积的比值,为3.5,小于其他材料,表明该煅烧温度下能够得到具有更高比例单质Ni的材料,该结构有利于吸附氢原子,以便完成整个析氢过程.结合XPS、XRD及TEM表征可以推断,催化剂具有金属的核和Ni O和B2O3的壳层,为核壳结构.在1m°l/L KOH析氢测试中,催化剂Ni-B、Ni-B-200、Ni-B-300、Ni-B-400和Ni-B-500析氢电流密度达到10 m A/cm2所需的过电位分别为104,119,123,114和146 m V;达到40 m A/cm2所需过电位为281、257、237、215和289 m V.在这些催化剂中,Ni-B/C-400表现出最优的HER性能,达到40 m A/cm2时过电位为215 m V,最低的Tafel斜率80 m V/dec,电化学耐久性高.Ni-B-400的高电催化HER性能可归因于以下几方面:一定的晶格膨胀;合适的Ni^0/Ni^2+配比;其结构较稳定,可以长期维持析氢稳定性.展开更多
RuO_(x)是一种有潜力的析氢反应(HER)电催化剂,然而,其表面上*OH和*H中间体的竞争吸附以及过度H结合导致其析氢性能较差.FeOOH具有较强的亲氧性,有望与RuO_(x)耦合形成RuO_(x)/FeOOH复合材料来有效促进HER动力学.鉴于Ru^(3+)的强氧化性...RuO_(x)是一种有潜力的析氢反应(HER)电催化剂,然而,其表面上*OH和*H中间体的竞争吸附以及过度H结合导致其析氢性能较差.FeOOH具有较强的亲氧性,有望与RuO_(x)耦合形成RuO_(x)/FeOOH复合材料来有效促进HER动力学.鉴于Ru^(3+)的强氧化性,构建温和的反应环境是设计结构均匀、Ru位点可及的RuO_(x)/FeOOH复合材料的关键.本文提出一种乙醇调控铁腐蚀策略,在泡沫铁上原位生长了RuO_(x)/FeOOH电催化剂.醇羟基与Ru^(3+)配位降低了Ru^(3+)的氧化性,并减缓了其扩散,避免了剧烈的氧化还原反应.优化的纳米结构以及RuO_(x)和FeOOH之间的强电子相互作用,使所制备的催化剂在50和100 mA cm^(-2)电流密度下驱动HER和全解水,分别仅需67 mV过电位和1.56 V电压.基于羟基调控策略,乙二醇、正丙醇、异丙醇和甲醇同样可替代乙醇来增强RuO_(x)/FeOOH的HER活性.本工作提出了一种调节铁腐蚀行为的配位调控方法,为制备新型钌基复合催化剂提供了理论依据.展开更多
基金supported by the National Natural Science Foundation of China(21573083)the 1000 Young Talent(to Deli Wang)initiatory financial support from Huazhong University of Science and Technology(HUST)~~
文摘寻找活性高、稳定性好、成本低廉的氢析出反应电催化剂是氢析出反应的最佳选择,故析氢催化剂的探究受到广泛关注.贵金属Pt基、Ir基和Ru基等催化剂具有优异的析氢催化活性以及稳定性,但贵金属的价格和储量问题导致其一直无法商业化应用.金属镍具有类Pt的电子结构,故将镍基材料应用于电催化析氢反应受到格外的重视.本文采用简单易行的化学还原-退火两步法合成了负载在Vulcan上的Ni-B纳米颗粒.XRD表征表明,煅烧前的Ni-B/C材料在45.36°处有一个钝峰,说明材料为无定形态,在25.21°处为碳材料(002)晶面的峰.退火后处理的样品Ni-B-200、Ni-B-300、Ni-B-400和Ni-B-500在45°、52°和76°左右有三个明显的峰,通过对比标准卡片(JCDPS87-0712)发现其分别归属于Ni的(111)、(200)和(220)晶面.随着温度的升高,特征峰向低角度略有偏移,表现出镍的晶格略有扩张,可能是B进入Ni晶格间隙造成的.从催化剂Ni-B、Ni-B-200、Ni-B-300、Ni-B-400和Ni-B-500的TEM图片中统计得到颗粒的平均粒径分别为9.0、11.0、16.4、17.9和20.6 nm,说明随着温度的升高,Ni-B颗粒逐渐变大,且与根据XRD数据通过谢乐公式计算得到的各催化剂晶粒粒径大小的结果基本一致.XPS测试表明,相比于其他材料Ni的特征峰,Ni-B-400中Ni的键能向高的方向偏移,电子密度下降,有利于在析氢过程中吸附含氧物种,加快催化过程中的V°lmer步骤,从而提高催化剂的析氢活性.样品Ni-B/C-400的Ni^2+峰面积与Ni^0峰面积的比值,为3.5,小于其他材料,表明该煅烧温度下能够得到具有更高比例单质Ni的材料,该结构有利于吸附氢原子,以便完成整个析氢过程.结合XPS、XRD及TEM表征可以推断,催化剂具有金属的核和Ni O和B2O3的壳层,为核壳结构.在1m°l/L KOH析氢测试中,催化剂Ni-B、Ni-B-200、Ni-B-300、Ni-B-400和Ni-B-500析氢电流密度达到10 m A/cm2所需的过电位分别为104,119,123,114和146 m V;达到40 m A/cm2所需过电位为281、257、237、215和289 m V.在这些催化剂中,Ni-B/C-400表现出最优的HER性能,达到40 m A/cm2时过电位为215 m V,最低的Tafel斜率80 m V/dec,电化学耐久性高.Ni-B-400的高电催化HER性能可归因于以下几方面:一定的晶格膨胀;合适的Ni^0/Ni^2+配比;其结构较稳定,可以长期维持析氢稳定性.
基金supported by the National Natural Science Foundation of China(U1804255)the Key Research&Development and Promotion Projects of Henan Province(222102520038 and 212102210651)。
文摘RuO_(x)是一种有潜力的析氢反应(HER)电催化剂,然而,其表面上*OH和*H中间体的竞争吸附以及过度H结合导致其析氢性能较差.FeOOH具有较强的亲氧性,有望与RuO_(x)耦合形成RuO_(x)/FeOOH复合材料来有效促进HER动力学.鉴于Ru^(3+)的强氧化性,构建温和的反应环境是设计结构均匀、Ru位点可及的RuO_(x)/FeOOH复合材料的关键.本文提出一种乙醇调控铁腐蚀策略,在泡沫铁上原位生长了RuO_(x)/FeOOH电催化剂.醇羟基与Ru^(3+)配位降低了Ru^(3+)的氧化性,并减缓了其扩散,避免了剧烈的氧化还原反应.优化的纳米结构以及RuO_(x)和FeOOH之间的强电子相互作用,使所制备的催化剂在50和100 mA cm^(-2)电流密度下驱动HER和全解水,分别仅需67 mV过电位和1.56 V电压.基于羟基调控策略,乙二醇、正丙醇、异丙醇和甲醇同样可替代乙醇来增强RuO_(x)/FeOOH的HER活性.本工作提出了一种调节铁腐蚀行为的配位调控方法,为制备新型钌基复合催化剂提供了理论依据.
基金supported by the National Natural Science Foundation of China(51872076 and U1804255)the Program for Innovative Research Team of Henan Scientific Committee(CXTD2014033)+1 种基金the Project of Central Plains Science and Technology Innovation Leading Talents of Henan Province(194200510001)the Scientific and Technological Research Project of Henan province(212102210651)。
