CoSe_(2)-CuSe_(2)NF双功能电催化剂的制备及其电解水性能的研究

随着环境污染日益严重、不可再生资源日益枯竭,对清洁、可再生能源的开发非常重要。利用电解水析氢(HER)和析氧(OER)技术生产氢气和氧气,是一种高效、无污染的制备清洁能源的方法。但是,商业贵金属电催化剂价格昂贵、地球丰度低,因此,开发价格低廉、高活性、高稳定性的非贵金属电催化剂意义重大。本研究利用水热法成功制备出一系列具有纳米花结构的双功能电催化剂(CuSe_(2)-CoSe_(2)(1∶1)NF、CuSe_(2)-CoSe_(2)(3∶1)NF、CuSe_(2)-CoSe_(2)(1∶3)NF),通过一系列的表征对催化剂的结构、形貌、元素组成、元素价态进行分析。研究发现CuSe_(2)-CoSe_(2)NF双金属硒化物中CoSe_(2)和CuSe_(2)相互协同作用,促进电子转移,提高电解水性能。此外,CuSe_(2)-CoSe_(2)NF纳米花结构具有较大的比表面积(808 m^(2)/g),暴露更多的活性位点数,进一步提升了催化剂的电化学性能。结果表明,CuSe_(2)-CoSe_(2)(1∶1)NF催化剂在1 mol/L KOH电解液、电流密度为10 mA·cm^(-2)时,HER和OER的过电位为42和204 mV,可持续稳定工作100 h,与商业Pt/C和RuO_(2)性能接近。

自支撑析氧电催化剂的制备及应用综合创新型实验

基于"新工科"的建设理念,专业实验教学内容的创新、交叉与融合是适应新形势下学生创新实践能力培养所必需的重要内容。针对新能源相关专业,该文设计了自支撑析氧电催化剂的制备与性能研究综合创新型实验。该实验包括泡沫镍负载磷酸钴纳米片的制备、表征、析氧性能测试等,通过对比粉体材料,学生能深化对自支撑结构和催化性能关系的理解。该实验选题新颖,内容涵盖了材料、化学、催化等知识点,激发了学生自主开发自支撑析氢/析氧催化剂的兴趣,在文献调研、实验实施和拓展过程中,培养了学生的创新意识和自主学习的能力。

低结晶度AuPt-Ru/CNTs合金异质结作为高效多功能电催化剂

催化剂的活性与其结构紧密相关,研究催化剂的构效关系以及可控合成高效电催化剂,并探究其催化机制,一直是科学研究的核心。贵金属铂是优异的电解水析氢的催化剂,同时也是直接醇燃料电池阳极氧化的良好催化剂,而贵金属钌是优异的电解水析氧催化剂。这些与燃料电池及氢能相关的重要反应催化剂,可通过合成Pt、Au及Ru的合金催化剂,通过应力效应、电子效应及团簇效应,可有效提高金属催化剂的活性,并实现多功能电催化性能。本文报道了可控合成低结晶度的AuPt-Ru合金异质结,并通过元素扫描分析及X射线衍射分析确认其结构。该催化剂表现出了非常优异的电催化氧化乙醇活性,其归一化到Pt的质量活性达到了为21.4A·mg^(-1),远远高于对照组样品AuPt及RuAuPt混合相催化剂及文献报道样品。催化剂同样表现出了非常好的乙醇氧化稳定性,但是其活性的衰减与其Ru组分的流失紧密相关。我们同时通过电化学原位红外光谱,研究了该催化剂乙醇氧化中间产物,分析了其反应机理。该催化剂同样表现出了优异的碱性电解水析氢及析氧催化活性,其析氢电流10mA·cm^(-2)对应的过电位为30mV,Tafel斜率为45mV·dec^(-1),优于AuPt及RuPtAu对照组样品。该催化剂优异的电化学性能主要归结于其低结晶度和异质结及其伴随的应力效应及团簇效应。本报道提供了一种可控合成具有异质结结构的金属合金催化剂,突出了其对实现多功能、高性能合金电催化剂的重要性。