新型金屬態(tài)析氧電催化劑取得系列重要進展
近期，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院謝毅教授團隊吳長征教授課題組在金屬態(tài)析氧電催化劑領(lǐng)域系列重要進展。
化石能源及石油的消耗引起了諸多環(huán)境污染和能源短缺方面的問題，激發(fā)了人們不斷的探索開發(fā)新型的高效替代能源。其中，通過電解水析氫是一種有效的獲取清潔能源的途徑，然而電催化水分解中析氧反應(yīng)（OER）通常具有緩慢的動力學(xué)過程，這往往限制了綜合的電解水效率。
針對上述挑戰(zhàn)，吳長征教授課題組設(shè)計了本征金屬性的新型鈷基電催化劑，他們通過簡單的前驅(qū)物形貌導(dǎo)向法成功的制備了具有金屬態(tài)特性的Co4N多孔納米線陣列三維電極材料。第一性原理計算和電學(xué)輸運測試均證實了Co4N材料具有本征金屬態(tài)的特性。金屬態(tài)的電極材料能夠加快電子的傳導(dǎo)能力，多孔的納米線陣列能夠?qū)崿F(xiàn)活性位點的充分暴露，同時三維的電極構(gòu)型可以便于氧氣的逃逸，從而增強電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性?；诖?，表面氧化活化后的金屬態(tài)Co4N多孔納米線陣列實現(xiàn)了優(yōu)異的電催化析氧性能（在10 mA cm-2密度下的過電位只需257 mV，較低的Tafel斜率（44 mV dec-1）和優(yōu)越的電催化穩(wěn)定性）。該研究成果協(xié)同優(yōu)化電學(xué)行為和三維電極構(gòu)型為探索高效非貴金屬OER電催化劑提供了新的思路。該研究成果已發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 10.1002/anie.201506480上?！ ?/p>
近期, 吳長征課題組基于電學(xué)行為的調(diào)控制備高效的電催化劑方面取得了系列進展。之前，他們通過長期的研究探索，成功獲得了具有二維超薄結(jié)構(gòu)的金屬態(tài)Ni3N電極材料，受益于增強的金屬導(dǎo)電性以及無序的結(jié)構(gòu)，Ni3N納米片表現(xiàn)出了顯著增強的電催化析氧性能。相關(guān)研究成果發(fā)表在 (J. Am. Chem. Soc., 2015, 137 (12), pp 4119–4125)上。此外，他們在鈣鈦礦CaMnO3體系中，通過引入氧缺陷和少量離子摻雜，在保證晶體結(jié)構(gòu)不變的前提下，實現(xiàn)對eg電子，導(dǎo)電性及活性位點的同時優(yōu)化，獲得了OER催化性能的顯著提高(Adv. Mater., 2015，27,5989-5994)。
上述研究得到了國家基金委、科技部、中國科學(xué)院、能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心的支持。
附論文鏈接：
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201506480/full
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja5119495
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201502024/epdf ?
（合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室，化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心）
吳長征.png
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點或證實其真實性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系我們及時修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com