MoS_(2)/Ni_(3)S_(2)/NF双功能电催化剂用于高效全水解

通过调控水热反应时间,采用一步水热法合成泡沫镍(NF)自支撑的MoS_(2)/Ni_(3)S_(2)/NF异质结构阵列,采用XRD、XPS、SEM和EDS对MoS_(2)/Ni_(3)S_(2)/NF电催化剂进行物相分析和形貌表征,并在1.0 mol·L^(-1)KOH碱性电解液中对其电催化析氢反应(HER)和析氧反应(OER)性能进行了测试。结果表明,当HER和OER的电流密度升高至100 mA·cm^(-2)时,水热反应4 h后得到最优MoS_(2)/Ni_(3)S_(2)/NF-4复合电极分别具有196 mV和310 mV的低过电位,并分别表现出30 mV·dec^(-1)和89.6 mV·dec^(-1)的低塔菲尔斜率。另外,MoS_(2)/Ni_(3)S_(2)/NF-4异质结构作为双功能电催化剂,电流密度达到10 mA·cm^(-2)时电解槽运行需要1.50 V的低电压,且在碱性条件下具备良好的稳定性,100 h内性能无明显变化,可见MoS_(2)/Ni_(3)S_(2)/NF钟乳石棒状阵列可成为高效全水解的双功能电催化剂。

NiSe_(2)/Ni(OH)_(2)/TM异质一体电极促进碱性析氧

低廉、高效稳定的催化电极对碱性电解水意义重大。利用水热法在钛网(TM)上原位构筑前驱体Ni(OH)_(2),通过固相硒化法在350℃对前驱体进行不同时长的硒化反应,制备出NiSe_(2)/Ni(OH)_(2)/TM异质一体电极。利用XRD、XPS对电极的物相和表面元素价态进行分析;通过SEM和TEM对电极的形貌和元素分布进行表征。并在1 mol/L KOH电解液中对电极进行电催化析氧性能测试。XRD和SEM分析证实了电极的物相和形貌依赖于硒化时间。电化学测试结果显示了电极的形貌对催化性能的影响较大。硒化2 h所得到的NiSe_(2)/Ni(OH)_(2)/TM电极具有最佳的异质形貌和最优的碱性析氧性能,驱动10 mA/cm^(2)电流密度仅需285 mV的过电位,Tafel斜率为50 mV/dec,100 h的恒电压测试中电流密度衰减率为16%。粗糙的表面显著地增多了有效活性位点,强化了异质界面上不同物种间的协调作用,中间产物的转换速率和电子的转移速率得以加快;该电极表现出优异的催化活性和耐久性。

全pH范围下MoS_(2)/Ni_(3)S_(2)/NF的高效电催化析氢行为

以镍网(NF)为自支撑材料,以四硫代钼酸铵为原料通过简单的溶剂热法原位构筑了纳米线结构催化剂MoS_(2)/Ni_(3)S_(2)/NF,采用XRD、SEM、TEM、EDX、XPS对样品进行了表征,将MoS_(2)/Ni_(3)S_(2)/NF用于析氢反应(HER),对其在全pH(0~14)范围下的电催化HER性能进行了测试。结果表明,MoS_(2)/Ni_(3)S_(2)/NF成功制备,其在全pH范围下表现出优异的HER活性。在电流密度10 mA/cm^(2)下,使用41 mg四硫代钼酸铵制得的MoS_(2)/Ni_(3)S_(2)/NF-41电极在碱性(1 mol/L KOH,pH=14)、中性(0.5 mol/L PBS,pH=7)和酸性(0.5 mol/L H_(2)SO_(4),pH=0)介质中的HER过电位分别为87、113和195 mV,并相应表现出较低的Tafel斜率。此外,MoS_(2)/Ni_(3)S_(2)/NF-41具有良好的结构稳定性。

TMSs催化剂用于电解水制氢技术的研究进展

氢能作为一种高能量密度、低分子质量以及无污染的绿色能源,未来有望替代传统能源。电解水制氢过程简单且是生产高纯度氢的重要方法,但水电解过程中反应动力学缓慢,严重影响电解水制氢的效率。过渡金属硫化物(TMSs)催化剂由于其低廉的价格和优异的电催化性能而成为研究重点。综述了TMSs催化剂最新研究成果和应用,以氢析出反应(HER)和氧析出反应(OER)的反应机理为出发点,通过电化学测试和电极表征的评估方法,重点介绍TMSs催化剂的制备方法及分析其在电催化水解制氢技术的研究进展。并针对TMSs催化材料面临的发展和问题进行讨论,为进一步提高TMSs的电解水制氢性能提供了崭新的思路。

CoSe_(2)@NF双功能催化剂用于高效碱性全解水

开发用于水分解的高效稳定、低成本非贵金属电催化剂,特别是在同一电解质中对阴极的析氢反应(HER)和阳极的析氧反应(OER)都具有高效作用的电催化剂是一项挑战。以六水合硝酸钴、尿素、氟化铵和硒粉为原料,采用水热和高温固相法在镍网(NF)上原位构筑了CoSe_(2)@NF,采用XRD、XPS、SEM和TEM对CoSe_(2)@NF进行了物相分析和形貌表征,并在碱性电解液中对CoSe_(2)@NF的HER和OER性能进行了测试。结果表明,表面粗糙的串珠状纳米线结构极大地增加了CoSe_(2)有效活性位点的数量。该催化电极在OER和HER中均表现出高而稳定的催化活性。将CoSe_(2)@NF作为全解水槽的阴阳极,在1.60 V槽电压下即可产生10 mA/cm^(2)的电流。

Ni_(3)S_(2)@NiCe-LDH/NF电极的电催化析氧行为

通过水热法和快速电沉积法制备了Ni_(3)S_(2)@NiCe-LDH/NF催化电极。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)对催化电极的物相、形貌和化学态结构进行表征,并在1.0 mol/L KOH碱性电解液中测试了其电催化析氧反应(OER)性能。结果表明:Ni_(3)S_(2)@NiCe-LDH/NF催化电极为雾凇状结构,在OER过程中驱动电流密度为20 mA/cm^(2)时需要339 mV的过电位,并具有53.22 mV/dec的低Tafel斜率,以及表现出良好的催化活性和稳定性。

MoSe_(2)/CoSe_(2)异质结构的构筑及其电催化析氢性能

采用一步水热合成的方法在钼网(MF)上原位构筑MoSe_(2)/CoSe_(2)异质结构电催化剂。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X光电子能谱仪(XPS)等对MoSe_(2)/CoSe_(2)异质结构的物相和形貌进行了表征,并在1 mol/L KOH电解液中对该电催化剂的析氢反应(HER)性能进行了测试。结果表明:MoSe_(2)/CoSe_(2)@MF-2为枝状阵列异质结构,在电流密度为10 mA/cm^(2)下,其过电势为172.3 mV,Tafel斜率为45.8 mV/dec,表现出良好的HER性能和结构稳定性。该异质结构电催化剂的成功构筑,为后续硒化物异质结及其在电催化中的应用提供了良好的思路和研究基础。