V-Vo-Co_(3)O_(4)催化剂的制备及其析氧性能的研究

阳极的析氧反应(OER)是限制电解水制氢的主要因素,传统的OER电催化剂由于活性低、稳定性差等缺点无法实现大规模使用。过渡金属氧化物Co_(3)O_(4)是一种很有前景的OER催化剂,但较弱的导电性仍然制约着其电催化性能。通过对Co_(3)O_(4)进行改性以增强电催化活性及稳定性,分别在NaBH4和VCl_(3)水溶液中两步浸泡法合成了富氧空位、V掺杂的Co_(3)O_(4)催化剂。利用XRD、SEM、EDS、TEM、HRTEM、SAED、拉曼光谱、XPS等手段对催化剂的相纯度、晶体结构、微观形貌、含有的官能团及化学键等性质进行测试和分析,并对催化剂进行电化学性能测试。结果表明:氧空位的引入使晶格间距有所增大,V成功掺杂到了Vo-Co_(3)O_(4)/NF(Vo指氧空位)结构中;氧空位和V掺杂协同提高了Co_(3)O_(4)/NF的OER性能。在1 mol/L KOH中,V-Vo-Co_(3)O_(4)/NF仅需253 mV/270 mV的过电位就能驱动50(mA·cm^(-2))/100(mA·cm^(-2))的电流密度,Tafel斜率为71.5 mV/dec,并具有100 h的稳定性。其性能的提升主要归因于V掺杂及氧空位的引入对Co_(3)O_(4)电子构型的调控,低结晶度的表面暴露了更多活性位点,以及亲水性的增强有利于OER过程中反应中间体的吸附和解吸。

负载FeOOH的Ni-Bi纳米阵列的制备及其析氧性能研究

【目的】开发在近中性条件下高效的非贵金属基析氧反应催化剂用于电解水对于储存、利用太阳能具有重要意义。【方法】将水热法得到的Ni(OH)2/NF经过电氧化和电沉积两步处理,成功构建了FeOOH@Ni-Bi/NF电催化剂。【结果】泡沫镍(NF)基底和催化剂的三维纳米片阵列结构提供的大量活性位点,促进了析氧反应的传质过程。此外,通过调控Ni-Bi的电氧化程度和FeOOH的沉积量,催化剂的电化学活性得到了极大的提高。在近中性介质(0.1mmol/L K_(2)B_(4)O_(7))中测试催化性能,经过优化的FeOOH@Ni-Bi/NF在电流密度为20mA/cm^(2)时,过电位为394mV,Tafel斜率为54.2mV/dec,表现出优异的析氧反应催化活性且具有长期的稳定性。

Ag/Cu耦合催化剂的Cu晶面调控用于电催化二氧化碳还原

电催化二氧化碳还原是降低大气中二氧化碳浓度和缓解温室效应的有效方法。然而,将CO_(2)电还原为具有高附加值和高能量密度的碳氢化合物或燃料(C_(2+)产物)仍然具有十足的挑战性。为了降低大气中二氧化碳浓度和将其转换为有价值的工业品,本文通过优化Ag/Cu耦合催化剂中Cu的晶面,有效地促进了其还原CO_(2)至C_(2)H_(4)和C_(2)H_5OH等C_(2+)产物。利用暴露Cu_(2)O(100)晶面的Ag/Cu_(2)O-(100),暴露Cu_(2)O(111)晶面的Ag/Cu_(2)O-(111)以及具有Cu_(2)O(100)和(111)晶面的Ag/Cu_(2)O-(100/111)还原制备得到了三种具有不同Cu晶面的Ag/Cu耦合催化剂。控制Cu/Ag比均为30∶1,采用H型电解槽,在CO_(2)饱和的0.1mol/L KHCO_(3)电解液中,评估了其CO_(2)电化学还原性能。其中,具有Cu(100)和Cu(111)晶面的Ag/Cu-(100/111)催化剂展现出最优异的将CO_(2)还原为C_(2+)产物的性能,Cu(100)晶面和(111)晶面的界面有效地促进了C—C耦合,其在-1.3V、-1.5V(vs.RHE)时,C_(2+)产物的法拉第效率(FE)均在50%以上,在电位为-1.5V(vs.RHE)时,C_(2+)产物的最大FE为57.7%,部分电流密度为8.92mA/cm~2。

Cu-In-S纳米线促进电催化二氧化碳还原制备一氧化碳

电催化二氧化碳还原能够有效地存储和利用可再生能源并缓解温室效应。发展高效的二氧化碳还原催化剂是抑制析氢提升二氧化碳还原活性的有效方法。铜是目前报道的非常有潜力的二氧化碳还原催化剂。但是,铜往往表现出比较低的二氧化碳还原至一氧化碳的活性。对Cu纳米线引入S和In制备Cu-In-S用于二氧化碳还原,结果表明,Cu-In-S表现出高效的二氧化碳还原活性,其催化电流密度和还原至一氧化碳的法拉第效率有了明显的提升。S的引入有效地提升了电催化剂的粗糙度,提升其电化学活性面积;In的引入有效地抑制了析氢,提高了二氧化碳还原至一氧化碳的活性。

作为高效水氧化催化剂的多面体Cu2S块状晶体溶剂热合成

以泡沫铜(CF)、硫代乙酰胺(TAA)为铜源和硫源,乙醇胺(en)为络合剂,乙醇为溶剂,在溶剂热的条件下,Cu^2+和en形成的[Cu(en) 2]^2+金属络合物,与溶液中的S^2-反应得到不稳定的无机-有机Cu2S-TAA前驱体。由其作为分子模板控制晶体的生长,制备了生长于泡沫铜基底上的Cu2S十四面体,将其作为高效的水氧化催化剂对Cu2S催化剂的阳极析氧电化学性能进行测试。结果表明:在1 mmol/L KOH电解液中,当电流密度为20 mA/cm^2时,过电位为200 mV,并且可以保持长达30 h的持久稳定性。

ZnOHF纳米棒用于电催化二氧化碳还原制一氧化碳

通过电催化的方式将二氧化碳资源化利用是缓解或解决目前人类面临的生态危机的理想途径之一。开发廉价高效的催化剂是推动电催化二氧化碳还原走向工业化的关键。一氧化碳是重要的工业原料,利用CO_(2)还原制备CO具有重要的研究意义,但能够将CO_(2)转化为CO的高活性贵金属催化剂难以大规模应用,地球储量丰富的Zn基催化剂是具有潜力的替代者。然而,Zn基催化剂还原活性仍然难以满足现实需求且种类不够丰富。作者将ZnOHF材料引入到电催化CO_(2)还原中,通过简单水热合成法制备了不同尺寸的ZnOHF纳米棒并利用流动型电解池测试其性能。纳米棒较大的比表面积以及材料表面F原子的存在使其具有良好的催化活性,流动型电解池的使用加速了反应传质过程,在−1.28 V(vs.RHE)电势下,R2-ZnOHF纳米棒的CO法拉第效率最高为76.4%,CO分电流密度为57.53 mA/cm^(2)。

NiCoFe LDH阳极析氧催化剂的制备及性能研究

通过水热法高效地制备出三元过渡金属NiCoFe层状双氢氧化物(LDH)超薄纳米片。作为OER催化剂,NiCoFe LDH/NF在1.0 mol/L KOH溶液中表现出卓越的活性和良好的稳定性,当电流密度为120 mA/cm^(2)时,过电位仅需200 mV,Tafel斜率为82 mV/(°),相较于常规水热法制备的NiCoFe LDH,合成温度低、时间短,且性能非常优异。

碳化的MOF用于电催化还原二氧化碳制备乙烯和乙醇

电化学催化还原二氧化碳是一种有效的能源储存手段。探索具有高乙烯选择性和高产率的高效电催化剂是非常必要的,但仍然具有挑战性。通过对金属有机骨架(Cu-BTC)的简单碳化制备了多孔Cu-Cu_(2)O/C催化剂,用于高效且选择性地电催化CO_(2)还原为C_(2+)产物。碳化的MOF表现出优异的还原CO_(2)为C_(2+)的性能,在电位为-1.3 V(vs RHE)时,C_(2+)的最大法拉第效率(FE)为47.8%,其部分电流密度为4.33 mA·cm^(-2)。研究表明,较低的碳化温度有助于保留Cu-MOF的形貌,抑制活性金属位点团聚,而多孔特性也能提升其电化学活性面积,进而提高其对CO_(2)电化学还原为C_(2+)产物的性能。