Co4S3纳米片的制备以及Fe3+掺杂对其电催化析氧性能的影响

采用溶剂热和超声剥离相结合的方法制备了超薄Co₄S₃纳米片,通过透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X-射线衍射分析（XRD）、拉曼光谱（Raman）等手段对其进行了结构和形貌的表征,并研究了其电催化产氧性能。结果表明,Co₄S₃纳米片在电流密度为10 mA/cm²下的过电势为377 mV,塔菲尔（Tafel）斜率为64.47 mV/dec;溶剂热过程中反应温度和溶剂比对产物的析氧反应（OER）催化活性影响不大,但是Fe³⁺的掺杂可以显著降低Co₄S₃纳米片的析氧过电势和Tafel斜率,提高材料的电催化稳定性。最后通过X-射线光电子能谱（XPS）分析了Fe³⁺的掺杂对Co₄S₃纳米片OER性能影响的机理。     

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.     

ZIF-8@ZIF-67/LDH高效核壳纳米复合物的制备及其电催化性能研究

采用共沉淀法制备出ZIF-8@ZIF-67/LDH纳米复合物。使用扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）、X射线衍射仪（X-ray diffractometer,XRD）、拉曼光谱仪（Raman spectrometer,Raman）和X射线光电子能谱仪（X-ray photoelectron spectrometer,XPS）对复合物的表面形貌、晶体结构和组成进行了表征。采用电化学工作站进行析氧反应（oxygen evolution reaction, OER）、析氢反应（hydrogen evolution reaction, HER）以及水分解性能测试。结果表明,该复合物在1 mol/L的KOH水溶液中,所需的OER过电势为329 mV (η₁₀);HER过电势为175 mV (η₁₀);在双电极体系中,电流密度达到10 mA/cm²,完全水分解所需的电压为1.761 V。经过12 h的HER(-20 mA/cm²)计时电位稳定性测试,末电势较初始电势只下降了6 mV左右。结合相关表征分析,催化剂的高活性得益于大的电化学活性面积的核壳结构,为反应提供丰富的活性位点,通过ZIF-8@ZIF-67和LDH的共同效应,ZIF-8@ZIF-67/LDH表现出良好的OER和HER活性以及优异的稳定性。     

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.     

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.     

Ru负载Co3O4催化剂的制备及其电解糠醛性能研究

近年来,过渡金属基催化剂(TMOs)在探索高性能的糠醛氧化方面备受关注,但较低的本征活性限制其应用,合理优化TMOs的电子结构是提高糠醛氧化催化性能的有效策略。采用电沉积和浸渍法成功制备了Ru-Co₃O₄/CP催化剂,并通过电化学测试评价FOR和HER的催化性能。在1.0 mol/L KOH溶液中加入50 mmol/L糠醛后,Ru-Co₃O₄/CP催化剂达到10 mA/cm²电流密度仅需要1.41 V_RHE,与不加糠醛相比,降低了100 mV。以Ru-Co₃O₄/CP为阴极和阳极的催化剂构筑两电极电解槽,与全解水相比,电解糠醛在达到30 mA/cm²的电流密度所需要的电解电压降低了60 mV,同时在阴极和阳极得到了高价值的H₂和糠酸。     

NiCo-MOF-74的制备及其电催化氧气析出性能

采用简单的一步水热法制备了不同Ni、Co物质的量比的双金属NiCo-MOF-74催化剂,利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）和N₂吸/脱附法（BET）对催化剂进行了结构表征,并且在1 mol/L KOH电解液中通过线性伏安法评价了催化剂的氧气析出反应（OER）催化性能。结果表明：所制备的催化剂中含有C、O、Co、Ni 4种元素,并且具有棒状多面体结构和较高的结晶度;当Ni含量较低时,催化剂具有较好的OER催化活性;当Ni的摩尔分数超过10%时,催化剂的OER催化性能随着Ni含量的增加而下降。通过调节原料中Ni、Co的物质的量比,制得的Ni0.5Co9.5-MOF-74样品具有最好的OER催化性能,其在电流密度为10 mA/cm²时的过电压仅为352 mV,在相同测试条件下稳定性优于RuO₂。     

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.     

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.     

电沉积铁钴镍基催化剂及其氧析出性能的研究

能源需求的不断增加以及有害气体的排放带来了一系列能源和环境问题,寻求一种高效可持续的清洁能源来代替传统的石油迫在眉睫。作为最有前途的清洁能源,氢气可以通过电解水的技术制得,但是电解水的反应效率受到了氧气析出反应(OER)缓慢动力学的限制,因此发展具有高性能OER的电催化剂对电解水制取氢气的广泛应用具有积极的推动作用。Fe、Co、Ni等过渡金属氧化物或氢氧化物具有多种氧化态,可以促进反应中间体的结合,是优异的OER催化剂。采用电沉积的方法在碳布(CC)衬底上制备了Fe、Co、Ni的氢氧化物纳米片,对金属之间的比例进行了优化,最终得到的Fe₂Co₁Ni₂/CC催化剂具有良好的OER性能,当电流密度为10 mA·cm^-2时所需要的过电势较小,仅为285 mV。所得Fe₂Co₁Ni₂/CC还具有良好的稳定性,有望用于商业化电解水制氢气。     

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。     

花状Zn0.76Co0.24S纳米材料的制备及电化学性能研究

采用简单的水热合成法制备了双过渡金属硫化物Zn_0.76Co_0.24S纳米材料,并作为超级电容器电极材料。该材料具有花状多孔的微观形貌,花瓣为超薄纳米片结构。这样独特的结构能为电化学反应提供丰富的活性位点,为离子的传输提供便利的通道,同时也为反复充放电过程中材料体积的变化提供了缓冲空间。三电极体系测试结果表明：Zn_0.76Co_0.24S电极在电流密度为1 mA/cm²,比电容高达2 031.0 C/g;当电流密度增大到30 mA/cm²时,电容量仍可保持在888.9 C/g;在电流密度为10 mA/cm²下循环充放电5000圈,电容量保持率为90.25%,表现出较高的电容量、优异电容稳定性以及循环性能。采用Zn_0.76Co_0.24S电极与活性炭(AC)构建的混合超级电容器Zn_0.76Co_0.24S//AC也展现了令人满意的性能。     

胶体石墨涂层的平面场发射特性研究

研究了胶体石墨涂层的场发射特性。测得其相应于10μA/cm²场发射电流密度的开启场强为5.4V/μm,相应于1mA/cm²场发射电流密度的阈值场强为8.8V/μm。扫描电子显微镜观察表明场发射应该来自细小石墨碎片的尖锐边缘。通过计算估计出这些尖锐边缘处的场强比阴阳极之间的平均场强增加了大约4×10²倍。     

三维有序介孔镍铁磷化物的制备及电解水析氢性能研究

利用三维SiO₂纳米球阵列作为介孔模板,通过高温磷化合成了不同镍与铁物质的量比的三维有序介孔镍铁磷化物(3DOM Ni_XFe_1-XP);利用透射电子显微镜(TEM)、氮气吸脱附测试(BET)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等物理表征方法对所制备材料的形貌和结构进行分析,并通过电化学测试在0.5 mol/L H₂SO₄中系统评价了其电解水析氢(HER)性能。结果表明：3DOM Ni_XFe_1-XP成功地反向复制了SiO₂模板的有序介孔结构,孔道之间排列整齐且相互连通;随着Fe含量的增加,3DOM Ni_XFe_1-XP的HER性能呈现先升高后下降的趋势,在Ni与Fe物质的量比为7∶3时HER性能达到最优;当电流密度达到10 mA/cm²时,3DOM Ni_0.7Fe_0.3P所需过电位为132 mV...     

镍铁钴磷化物纳米片阵列的制备及其电催化析氧性能

采用溶剂热法将镍、铁和钴的硝酸盐溶液在180 ℃条件下反应24 h，经过后续磷化反应，在泡沫镍基底上生长镍铁钴磷化物纳米片阵列(NiFeCoP@NF).采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱等测试手段对材料进行了表征，并用电化学工作站研究了镍铁钴磷化物纳米片阵列的析氧性能.结果表明:当电流密度达到10 mA/cm2时，需要的过电势仅为160 mV，并且在恒定电流密度下，过电势可保持24 h.研究结果对于研究纳米结构的过渡金属磷化物电催化剂具有借鉴意义.     

脉冲电沉积制备非晶态Ni-Mo合金及析氢性能

电解水产氢具有原材料来源丰富、生产过程清洁、效率较高的优势,已经成为广泛研究的技术之一.通过脉冲电沉积技术,在不同的电流密度和占空比下,制备了不同的非晶态Ni-Mo合金镀层,研究了电流密度和占空比对镀层性能的影响.结果表明:随着占空比和电流密度的增大Mo含量减小,表面更加粗糙,在电流密度为2.5 A·dm^－2和占空比0.8下,可获得表面极为粗糙的非晶态Ni-Mo合金镀层,另外,占空比为0.6和电流密度为2.0 A·dm^－2下获得晶粒尺寸较小的合金镀层.粗糙表面结构的Ni-Mo合金在较大的过电位下表现出更好的析氢催化性能,而具有较高Mo含量和细小晶粒尺寸的合金镀层析氢催化活性较高.     

Multiple metallic dopants in nickel nanoparticles for electrocatalytic oxygen evolution

Developing efficient oxygen evolution reaction(OER) electrocatalysts is of great importance for sustainable energy conversion and storage. Ni-based catalysts have shown great potential as OER electrocatalysts, but their performance still needs to be improved. Herein, we report the multiple metal doped nickel nanoparticles synthesized via a simple oil phase strategy as efficient OER catalysts. The FeMnMoV–Ni exhibits superior OER performance with an overpotential of 220 mV at 10 mA cm^-2     

基于反应状态原位测试的空冷型燃料电池运行参数分析

空冷型质子交换膜燃料电池内部反应状态是影响电池输出性能和稳定性的关键因素.通过研制空冷燃料电池反应状态的原位测试装置,实现电池温度和电流密度的实时测量,揭示氢气出口脉排间隔、氢气入口气压和阴极风速对电池性能的影响机制.研究表明：空冷电池中温度和电流密度分布不均,平均电流密度为500 mA/cm²时,电池内温度极差达到20℃,电流密度极差达到400 mA/cm².氢气出口脉排间隔越短、入口气压越大,氢气出口区域性能越好,分布均匀性越好,电流密度波动也越小,输出稳定性提高.如果阴极风速过低,电池局部温度高,温度分布均匀性降低;风速过高则导致生成水被吹走,质子膜含水量下降,电流密度分布均匀性变差.     

NiSe2-BP/graphene纳米复合材料的制备及光电催化性质研究

采用简单的一步溶剂热法合成NiSe2-BP/graphene纳米复合材料,并对其光、电催化性质进行了研究.结果表明:NiSe2-BP/graphene纳米复合材料具有良好的电催化制氢性质,在电流密度为10 mA/cm2时过电势仅为169 mV,塔菲尔斜率为59.58 mV/dec,且电化学稳定性良好.这是因为NiSe2-BP/graphene纳米复合材料具有较大的比表面积以及较小的界面电荷转移电阻.在可见光下,利用NiSe2-BP/graphene纳米复合材料在90 min内即可完成对亚甲基蓝的催化降解且具有良好的循环稳定性,这是因为NiSe2-BP/graphene纳米复合材料具有较宽的光吸收和良好的载流子分离能力.     

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。