纳米碳片负载Mott-Schottky型Co/Co_(9)S_(8)异质结的原位合成及电催化性能研究

以K_(3)[Co(CN)_(6)]为Co源,硫脲为S源,富含-OH和-NH_(2)的天然亲水性高分子壳聚糖为碳源,通过形成CS-K_(3)[Co(CN)_(6)]水凝胶将Co前驱体和S源均匀分布于C前驱体中。水凝胶形成的主要驱动力来自金属Co离子与壳聚糖中-NH_2的配位交联以及Co离子之间通过-CN的桥接作用。得益于均匀分散的前驱体和后续热解处理初期形成的Co的催化作用,通过简单地调控Co与S的原子比,原位构建出均匀镶嵌有Co/Co_(9)S_(8)异质结的N,S共掺杂富含微孔的碳纳米片(Co/Co_(9)S_(8)@N,S-CNSs)。采用SEM、TEM、BET、XRD、Raman、XPS和电化学工作站等方法对所制备催化剂的形貌、组成和结构以及电催化性能进行了表征。结果表明,形成的Mott-Schottky型Co/Co_(9)S_(8)异质界面有效地调控了活性中心的电子结构和电荷传输特性;二维掺杂多孔碳纳米片的负载使活性位点更加均匀分散,同时提供了高速的电子和传质通道,也避免了活性位点在催化过程中的迁移聚集。两者的协同作用使合成的Co/Co_(9)S_(8)@N,S-CNSs复合催化剂具有了更优的催化性能,在10 mA·cm^(-2)的电流密度下,其催化碱性析氧反应/OER的过电位仅为304 mV,优于商业化的RuO_(2)催化剂。该研究为发展具有优异电催化性能的廉价过渡金属催化剂提供帮助。

构筑高效耐腐蚀的碳铠甲层包覆Co_(9)Se_(8)电催化剂用于海水基锌空气电池

得益于较高的理论能量密度、环境友好性和丰富的海水储量,海水基锌-空气电池(S-ZABs)被认为是一种极具应用前景的储能和能源转换装置,是解决能源短缺和环境污染问题的能源装置之一。然而对于S-ZABs而言,构筑在海水中具有高耐氯离子腐蚀性与高性能的阴极氧还原反应电催化剂仍然具有挑战性。因此,我们通过高温硒化策略,在氮掺杂介孔碳材料上设计了超薄碳铠甲层封装的Co_(9)Se_(8)纳米颗粒高效ORR电催化剂(命名为NMC-Co_(9)Se_(8))。外部的超薄碳铠甲层不仅可以改善催化过程中的电子转移过程,抑制纳米颗粒的团聚,而且可以作为盔甲保护内部活性位点免受Cl^(-)吸附和腐蚀。得益于这种独特的结构,NMC-Co_(9)Se_(8)在0.1 mol·L^(-1)KOH海水电解质中表现出优异的ORR性能,其起始电位为0.904V,半波电位为0.860 V。更重要的是,基于NMC-Co_(9)Se_(8)催化剂的S-ZABs可提供172.4 m W·cm^(-2)的功率密度和超过150h的优异长期放电稳定性,均高于基于Pt/C的S-ZABs性能。这项工作为开发用于海水基锌-空气电池和其他能源转换技术具有耐氯离子腐蚀且高效的ORR催化剂提供了新思路。

碳纤维负载Co纳米颗粒对Co_(9)S_(8)储氢性能的影响

钴硫合金作为镍氢电池负极的优良材料在新能源领域受到广泛关注。然而在充放电过程中由于颗粒聚集和体积变化等问题导致电化学性能不尽人意,限制了其实际应用。开发出一种电化学性能优异、成本低廉、制备工艺简单的钴硫复合材料具有十分重要的研究意义和应用价值。以Co_(9)S_(8)为研究对象,采用静电纺丝工艺制备了负载不同含量Co纳米颗粒的碳纳米纤维(xCo/CNF),之后通过高能球磨法将该材料掺杂到Co_(9)S_(8)合金中,得到一系列Co_(9)S_(8)+xCo/CNF复合材料。通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜对材料的物相和表面微观形貌进行表征,并对复合材料的放电容量、电化学性能、动力学性能以及耐腐蚀性进行测试。研究结果表明,当添加Co_(9)S_(8)+1.2Co/CNF时,所得复合材料的放电容量最高(566.2 mAh·g^(-1)),此外,复合电极表现出优异的高倍率放电能力、耐腐蚀性和良好的动力学性能。

Zn掺杂Co9S8纳米材料的制备及其在超级电容器和电催化析氢中的应用

采用原位溶剂热生长法设计合成了锌掺杂Co9S8纳米颗粒。各种表征技术和性能测试结果表明:锌掺杂Co9S8纳米颗粒的孔尺寸为18 nm,比表面积为23 m^2·g^-1;同时微量的锌掺杂显著增强了Co9S8的电催化析氢(HER)活性及电容器性能。在HER性能测试中,当电流密度为10 mA·cm^-2时电位为-361 mV,电流密度最高可达38.26 mA·cm^-2,且具有优异的循环稳定性。同时在电容器性能测试中具有较高的比电容,当电流密度为1 A·g^-1时,质量比电容和面积比电容分别为235.48 F·g^-1和812.4 mF·cm^-2。