钒掺杂Ni_3S_2/泡沫镍电极材料制备及其电催化析氢性能分析

氢能作为一种能量载体,具有清洁无污染、可再生、安全等优点,被誉为人类的终极清洁能源。因此发展高效、稳定的电催化析氢催化剂对可再生能源的转换利用至关重要。以偏钒酸铵为钒源,F127为结构调控剂,采用水-乙二醇混合溶剂体系制备了钒掺杂的Ni_3S_2/泡沫镍自支撑电极。通过X-射线光电子能谱(XPS)分析,掺杂钒的价态为+5价。通过研究该催化剂在1 M KOH碱性介质中的电催化析氢反应性能。发现钒掺杂的Ni_3S_2/泡沫镍自支撑电极具有优异的电催化析氢性能,在碱性介质中仅需要206 mV的过电势就可以产生50 mA·cm~(-2)的电流密度,低于没有钒掺杂Ni_3S_2/泡沫镍(226 mV)和空白NF(350 mV)需要的过电势,并且该催化剂在电流密度为70 mA·cm~(-2)时可以稳定10 h。性能结果说明金属掺杂优化了Ni_3S_2/泡沫镍自支撑电极的电催化析氢性能。     

Co掺杂MoS2/石墨烯的制备及其析氢性能研究

通过丁基锂插层剥离MoS_2,得到少层MoS_2,利用水热反应制备Co掺杂MoS_2/石墨烯复合催化剂.通过改变Co掺量,探究不同掺量Co对MoS_2/石墨烯复合催化剂结构和催化性能的影响.实验结果表明,所制得的Co-0. 1-MoS_2/石墨烯复合催化剂,在0. 5 mol/L的H_2SO_4溶液中,电流密度为10 m A/cm~2下,其过电位为163 m V,Tafel斜率为49. 2 m V/dec.经过1 000次循环伏安(CV)后,其电催化析氢性能没有显著的衰减,表明该催化剂在电催化析氢反应中具有优异的催化活性和稳定性.     

快速制备不锈钢自支撑析氧催化剂的性能研究

将304不锈钢网在含2 mol·L-1 Ni2+的沸腾溶液中处理120 s,制得了催化析氧性能优异、能规模化生产的自支撑电催化剂(SS/Ni-OH2M-120s).该催化剂在10 mA·cm-2电流密度下的过电位为214 mV,比未经处理的304不锈钢网降低约127 mV,在20 mA·cm-2的电流密度下恒电位极化10 h后,催化性能没有出现明显变化,说明具有良好的稳定性.将其与Pt网电极组成全分解水装置,在1.61 V总分解电压下,便可以提供10 mA·cm-2的电流密度,比Pt-Mesh//IrO2/SS全分解水装置电压降低了0.23 V.     

作为高效水氧化催化剂的多面体Cu_2S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Cu_2S-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Cu_2S十四面体,将其作为高效的水氧化催化剂对Cu_2S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。     

磷掺杂和Ni-OH共改性不锈钢的 析氢及全分解水性能研究

高活性、低成本的高效双功能水分解电催化剂对实现可持续氢能源的有效转化和储存具有重要的意义.将不锈钢网进行盐酸腐蚀、浸泡、磷化得到一种一体化自支撑的双功能电催化剂.该催化剂在碱性介质中不论对析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)还是析氧反应(Oxyogen Evolution Reaction,OER)均表现出优异的电催化性能,Tafel斜率分别为87.41m V·dec~(-1)和90.1 m V·dec~(-1),析氢反应和析氧反应的电流密度为10 m A·cm~(-2)时过电位分别为165 m V和240 m V.该催化剂可用作全分解水的双功能电极材料,在1.66 V的电压下实现10m A·cm~(-2)的电流密度.     

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.     

纳米多孔Co的磷化物制备及其电催化析氢性能

采用脱合金化、水热合成和化学气相沉积制备纳米多孔Co、NiCo(OH)₂/Co和NiCo(OH)₂-P复合电极. 通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法表征电极材料的物相和形貌结构. 在1 mol·L^－1的KOH溶液中,运用线性扫描伏安曲线(LSV)、交流阻抗谱(EIS)、循环伏安曲线(CV)等测试电极的电催化析氢性能. 结果表明:纳米多孔Co、NiCo(OH)₂/Co、NiCo(OH)₂-P电极材料的析氢性能依次增加,化学气相沉积(CVD)磷化后的纳米多孔NiCo(OH)₂-P在10 mA·cm^－2电流密度下,其过电位为139 mV,Tafel斜率为123.57 mV·dec^－1,双电层电容为30.16 mF·cm^－2. 经过1 000圈循环伏安耐久性实验后,纳米多孔NiCo(OH)₂-P电极在10 mA·cm^－2电流密度下,析氢过电位仅相差7 mV,表现出良好的析氢稳定性.     

纳米多孔Ni的制备及其电催化析氢性能研究

采用快速凝固结合脱合金的方法制备纳米多孔Ni,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对试样进行物相分析和形貌表征,并使用线性扫描伏安(LSV)、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)等方法测试纳米多孔Ni电极的电催化析氢性能.结果表明:Ni₅Al₉₅前驱体合金在65 ℃条件下经4 h脱合金化后获得多层次、双连续的纳米多孔Ni.在50 mA·cm^－2电流密度下,25 ℃时析氢过电位为257 mV,双电层电容为4.7 mF·cm^－2,在析氢反应过程中表观活化能为26.06 kJ·mol^－1,电化学脱附是整个反应的控制步骤.经过1 000圈循环伏安耐久实验后,纳米多孔Ni电极在25 ℃下极化曲线基本保持原状,50 mA·cm^－2电流密度下析氢过电位减小6 mV,表现出优良的析氢稳定性.     

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.     

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。     

一步水热法制备MoS2/Ni3S2@NF析氧催化剂

采用一步水热法成功制备了MoS₂/Ni₃S₂@NF异质结催化剂.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所制备电极的物相和微观形貌进行表征,表面粗糙的核壳MoS₂/Ni₃S₂异质结均匀紧密地分布在镍网(NF)表面.在1 mol·L^-1的KOH电解液中,运用线性扫描伏安测试(LSV)、电化学交流阻抗(EIS)、计时电位和计时电流等方法对电极的电催化析氧(OER)性能进行了测试.结果表明,驱动10 mA·cm^-2电流密度,仅需134 mV过电势;其Tafel斜率为55.2 mV·dec^-1;经过15 h计时电位测试,电流密度保持率高达93.5%.在300、400、500 mA·cm^-2电流密度连续测试45 h的结果耐久性表明,MoS₂/Ni₃S₂@NF具有较好的大电流密度工作耐久性.     

Ni-Cu合金的脱合金制备及其析氢电催化性能

通过真空熔炼与固溶处理相结合的方法获得Ni_(30)Mn_(70)和Ni_(20)Cu_(10)Mn_(70)前驱体合金,经电化学脱合金化法制备纳米多孔Ni及Ni-Cu合金,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析合金相组成和微观结构,运用线性扫描伏安法、交流阻抗、方波电位法及计时电位法研究电极的析氢电催化性能.结果表明:纳米多孔Ni-Cu合金电极具有较高的电催化析氢性能,在0.1 A/cm~2电流密度下,析氢过电位仅19 mV,具有较好的电化学稳定性.     

水热法制备La_2O_3微球及其电催化产氧性能研究

采用水热反应法,以硝酸镧、尿素和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料,制备形貌均匀的La_2O_3微球材料.扫描电子显微镜和X射线衍射仪对样品进行形貌和结构表征,对样品进行电催化析氧活性测试.结果表明,合成样品物相单一,形貌均匀,具有球状结构,其直径约为1微米.电催化测试表明,在电流密度为10mA/cm~2时,其析氧过电位为420mV,塔菲尔斜率为119mV/dec,具有较好的电催化活性.     

自支撑的纳米多孔Al掺杂NiCu-S电极的制备及其电解水析氢性能研究

针对电解水制氢领域对廉价、高效、稳定析氢催化剂的需求,采用Al作为活泼组元在真空感应熔炼炉中熔炼出不同原子比的三元Al-Ni-Cu合金,利用快速凝固甩带技术将其制备成合金条带,后续进行脱合金化处理和水热硫化反应,得到Al掺杂的NiCu双金属硫化物析氢自支撑电极。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的物相和形貌进行表征,结果表明,随着Ni/Cu原子比的提高,电极表面呈现出一种由紧密的均匀生长的纳米片到纳米板的结构演变趋势,极大地增加了电极材料的活性比表面积,暴露出更多的活性位点。在酸性介质中(0.5 mol/L H_2SO_4)进行电化学性能测试,结果表明,Ni/Cu原子比为2∶1时,获得的S-np-Ni21Cu7自支撑电极在析氢过程中电流密度达到50 mA/cm~2时仅需要245 mV的过电位,表现出良好的析氢活性,同时在长时间测试中表现出较好的稳定性和耐久性。     

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。     

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.     

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.     

NiCo_2O_4的合成及其阳极电解水性能的研究

为了考察Ni的掺杂对尖晶石类阳极析氧催化剂的结构和析氧性能的影响,以乙二醇为溶剂、氢氧化钠为反应沉淀剂,采用共沉淀法合成了Co3O4和NiO金属氧化物粉末以及纳米介孔NiCo2O4尖晶石氧化物,并对所合成的阳极催化剂进行了表面形貌和物化性能测试。通过悬浊液包衣的方法将催化剂附着到Ti基片上,制备成电极,对阳极催化剂进行循环伏安测试(CV)、交流阻抗测试(EIS)及极化性能测试。随着Ni含量的增加,催化剂的比表面积增大、电极表面的接触电阻减小,电极的析氧过电位降低。所合成纳米结构的NiCo2O4其平均粒径为10nm、平均孔径为12.3nm、比表面积88.5m2/g。当负载量为2mg/cm2时,在0.1mol/L KOH电解质溶液中,NiCo2O4电解析氧活性较好,在i=10mA/cm2时,其析氧过电位最低,为345mV(vs NHE)。     

CoFe-B-P纳米颗粒的制备 及其电化学析氧性能研究

本工作通过溶剂热法制备了 CoFe-B-P 纳米颗粒,并考察其电化学析氧性能 . 所 制备催化剂的形貌结构和组分通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍 射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）等手段进行表 征 . 研究发现,当 Co/Fe 的摩尔比为 4∶1 和 NaH2PO2·H2O 的加入量为 2.0 mmol 时,所制备 Co4Fe1-B-P 催化剂展现了最优异的催化 OER 性能,在电流密度为 10 mA cm?2 时的过电位为 285 mV,较小的塔菲尔斜率（52.70 mV/dec）,并且在1.0 M KOH电解液中连续测试20 h后仍具 有优异的稳定性 . 所制备催化剂 OER 活性的提高主要归因于过渡金属与非金属之间的协同 作用.     

球状FeCo纳米合金制备及氧析出性能研究

Co与过渡金属合金化是提高析氧催化剂反应活性的一种有效策略.Co与同周期的Fe元素合金化,其电子微扰作用有利于增强Co活性中心的析氧效果.本研究采用电沉积法制备Fe0.5Co0.5合金,分析其微观形貌、成分、结构和折氧性能,研究前驱溶液配比浓度与最终催化剂性能的关系.通过表面微观调控,Fe0.5Co0.5合金在0.1 mol/L KOH溶液中的过电位为345.3 mV,塔菲尔斜率为114 mV/dec,极大地提升了单质Co的析氧催化剂反应动力学活性.其耐久性测试结果表明,经过7200 s的长时应用后其电流密度仍然高达5.2 mA/cm2.