四氧化三钴@发蓝铁丝自支撑电催化剂用于析氧反应

本文中,我们设计合成了原位负载于发蓝铁丝上的四氧化三钴(Co_3O_4)自支撑电催化剂,获得了较高的析氧反应活性.在该复合催化剂中,尖晶石结构的Co_3O_4与发蓝层的主要成分四氧化三铁(Fe_3O_4)具有高度的结构相似性与晶格匹配度,有效地保证了表面活性层的紧密生长,降低了催化过程中的电荷转移电阻并促进了电荷的快速传导,获得了高效的析氧反应活性与稳定性.受益于上述结构优势,该电催化剂显示出低至250mV的析氧反应起始过电位和较高的催化电流密度.在外加电压为1.65Vvs.RHE时,析氧反应电流密度高达124mA cm~(-2).此外,该催化剂也显示出优越的电化学稳定性,使其有望应用于大规模水裂解制氢电解槽.     

纳米晶CoB粉末的制备、表征及电催化析氧性能研究

通过无水氯化钴和硼氢化钠固相反应制备纳米晶CoB粉末,系统研究微观结构及电催化析氧性能。研究表明,纳米晶CoB粉末在1.0 mol/L KOH碱性环境中,电流密度为10 mA·cm^-2时,过电位为280 mV,Tafel斜率为75.89 mV dec^-1,该值优于商业RuO₂的过电位323 mV和Tafel斜率108.09 mV dec^-1,表明纳米晶CoB粉末具有良好的析氧活性。该电催化剂具有良好的稳定性和循环耐久性。     

CoCu析氧纳米合金制备及性能调控机理

采用电化学沉积法制备了一种多边形结构的Co Cu二元合金纳米颗粒,研究了其析氧性能及调控机理.SEM和XRD表征结果表明,该材料在电沉积过程中合金化程度较高且Co和Cu之间的合金化作用明显.组分调控结果表明,Co含量与析氧活性的作用呈非线性规律,70%的Co含量为最佳配比.在0.1 mol/L KOH溶液中,Co₇Cu₃二元合金纳米催化剂具有极高的析氧活性,其析氧过电位为379.5 mV,Tafel斜率为278 mV/dec,活性电流密度高达55.6 A/g.同时,在0.8 V_SCE的恒定电位下,该催化剂稳定持续工作40000 s后,其活性衰减率为10%,表明该催化剂具有较好的电化学稳定性.     

钴掺杂增强二硫化钼纳米片的电驱动析氧性能研究

针对纯的二硫化钼电驱动析氧性能较弱的问题,通过微波辅助加热法制备了一系列不同含量钴掺杂的二硫化钼纳米片,并利用XRD,XPS对其进行结构表征,利用SEM,TEM对其进行形貌表征,进一步测试了这些样品在析氧反应中的催化性能。研究结果表明:通过调控钴的掺杂量,可以有效调控二硫化钼的析氧反应催化性能;当钼和钴的摩尔比为2∶1时,其催化性能最优,即电流密度为10mA/cm~2时的过电势为220mV;其催化性能的提升主要是由于钴的引入有效改变了二硫化钼的电子结构并且提升了其导电性。该研究为新型二维二硫化钼电催化剂的可控制备及其析氧性能调控提供了重要参考。     

金属有机骨架衍生的 NiFe2O4/Co9S8复合催化剂的合成及其电催化析氧性能

以金属有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)化合物为前驱体, 通过退火、硫化等后续处理方法成功制备了由 NiFe₂O₄ 纳米棒与 Co₉S₈ 空心球组装而成的杂化纳米结构. 该复合催化剂因具有较大的比表面积以及各组分间强力的协同作用, 在电催化析氧反应(oxygen evolution reaction, OER)中表现出了优异的催化活性. 在 1 mol/L KOH 电解质中, 当电流密度达到 10 mA/cm² 时, 仅需 290 mV 的过电位, 且 Tafel 斜率仅为 63.02 mV/dec. 此外, 1 000 次循环伏安(cyclic voltammetry, CV)测试后仍然具有良好的催化活性, 表明该复合催化剂具有优异的稳定性. 研究成果不仅为设计廉价、高效且稳定的析氧催化剂提供了设计思路, 也为其他新型纳米复合材料的合成和应用奠定了基础.     

纳米片状CuCo2O4的合成及析氧性能研究

调控催化剂形貌和结构,优化表面特性,是提高催化性能的重要策略.通过水热合成铜钴双氢氧化物(CuCo LDH)前驱体,再经高温热解制得交叉连接片状CuCo₂O₄催化剂.该催化剂的粗糙表面和片层间隙有利于电解质的充分扩散吸附;其表面O缺陷能调节相邻金属位点价态,并能提高导电性,适合用于电化学催化.优化元素组成所制备CuCo₂O₄-1具有良好碱性析氧反应(OER)催化活性,在1 mol·L^-1 KOH电解质中,电流密度为100 mA·cm^-2时的过电位(η)为362 mV,OER塔菲尔斜率为112.2 mV·dec^-1,经过50 h的计时电位测试,η保持稳定,也显示出良好催化稳定性。为碱性OER电催化剂的设计提供了可行方案.     

二维NiFe-LDH/Mo(OS)x纳米片协同促进电催化析氧反应

过渡族金属基二维纳米材料作为电催化析氧反应（oxygen evolution reaction, OER）催化剂具有巨大的潜力。通过原位电沉积法,在泡沫镍基底表面制备了二维层状镍铁双氢氧化物（NiFe-LDH）和氧硫化钼Mo(OS)_x纳米片异质结构。NiFe LDH/Mo(OS)_x电极在1 M KOH溶液中表现出优异的OER性能和长效稳定性,在10 mA/cm²电流密度下过电势仅为220 mV。在100、500 mA/cm²的高电流密度下,也能达到253、304 mV的低过电势。研究结果表明,NiFe-LDH/Mo(OS)_x电极优异的OER性能归因于Mo(OS)_x和NiFe LDH的协同作用,极大地促进了Fe²⁺向Fe³⁺活性物质的转化,并促进了氧空位的形成。这种协同制备方法为合理构建和设计异质结构电催化剂,实现高效的水分解提供了帮助。     

单层MoS_2量子点的合成、光学与析氢催化性能

综述了南京大学纳米磁学研究组在单层MoS_2量子点研究工作中的最新进展.采用多次Li离子插层的方法成功制备出平均尺寸在3 nm左右的单层MoS_2量子点,超声加热使量子点的结构由1T相向2H相转变,在300 nm紫外光的激发下光致发光强度显著增强;随着激发波长的改变,410 nm左右的发光峰位位移较小,说明量子点尺寸均匀.析氢催化活性研究表明,相比于块体及MoS_2纳米片,MoS_2量子点表现出更佳的析氢催化性能,具有较低的起始过电位(120 mV)和较小塔费尔斜率(69 mV·dec~(-1)),表现出更快的析氢催化速率.MoS_2量子点之所以具有优良的析氢催化性能,是因为其具有大量的活性边界.     

NiO-FeS纳米复合材料的电沉积与电催化水分解性能

采用电沉积法在镍网(NF)基底上原位合成了氧化镍/硫化铁(NiO-FeS@NF)纳米复合材料,用于提高电解水效率。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能量色散X射线谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)等分析NiO-FeS的表面形貌和化学组分。结果表明:NiO-FeS呈明显的二维片状结构,主要由FeS和NiO组成,两者形成了有效的异质结。直接采用NiO-FeS@NF工作电极进行电催化析氧反应(OER),可提升电催化析氧性能。二维片状结构能够提供较大的比表面积和较多的活性位点,NiO-FeS界面处的电子转移速度加快。该研究可为高效纳米催化剂的制备提供一条便利且廉价的途径。     

铁掺杂磷酸钴的电催化析氧性能研究

析氧反应(OER)在清洁能源氢的电催化产生过程中扮演着重要的角色.文中利用水热法和低温磷化法制备了泡沫镍(NF)负载的铁掺杂磷酸钴(Fe-Co_3(PO_4)_2/NF)催化剂,采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)和X-射线光电子能谱(XPS)对催化剂的形貌、结构和组成进行了表征,并在1.0 mol·L~(-1)KOH电解质中对其析氧性能进行了测试.结果显示,与纯泡沫镍负载磷酸钴(Co_3(PO_4)_2/NF)相比,Fe-Co_3(PO_4)_2/NF催化剂具有更优异的催化性能,在10 m A·cm~(-2)的电流密度下过电势达274 m V,Tafel斜率更是低至33.9 mV·dec~(-1),并且在电流密度为45m A·cm~(-2)下连续测试24 h后,性能几乎无衰减,说明该催化剂具有良好的稳定性.