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武漢理工木士春教授、唐浩林教授 Small:摻鐵Ni/MoO2空心異質(zhì)納米棒陣列驅(qū)動(dòng)高效堿性水/海水電解

原創(chuàng) 化學(xué)與材料科學(xué)  2022-11-20 12:59 發(fā)表于北京

鎳鉬基催化劑因其優(yōu)異的堿性析氫反應(yīng)(HER)活性受到廣泛關(guān)注。這是因?yàn)橥ǔ?/span>Ni原子是優(yōu)異的水解離位點(diǎn),而Mo原子具有優(yōu)越的氫吸附能。然而,鎳鉬基催化劑普遍析氧反應(yīng)(OER)活性不突出(h10> 260 mV),使OERHER活性難以兼顧。因此,激發(fā)鎳鉬基催化劑的OER活性對(duì)促進(jìn)其在水電解領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要。

基于此,近日武漢理工大學(xué)木士春教授團(tuán)隊(duì)與唐浩林教授合作在Small上發(fā)表題為“Fe-Incorporated Ni/MoO2 Hollow Heterostructure Nanorod Arrays for High-Efficiency Overall Water Splitting in Alkaline and Seawater Media”的論文。該論文通過(guò)自犧牲的模板法將鐵原子引入到Ni/MoO2體系中構(gòu)筑了具有空心納米棒形貌的NiFe/Fe-MoO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑。該催化劑在堿性介質(zhì)中呈現(xiàn)出優(yōu)越的OER及類(lèi)鉑的HER活性。

1. 圖文摘要

本文要點(diǎn):

要點(diǎn)一:獨(dú)特的NiFe/Fe-MoO2空心異質(zhì)納米棒結(jié)構(gòu)使用鉬酸鎳納米棒作為模板,浸泡于鐵氰化鉀溶液。由于Kirkendall效應(yīng),鎳離子與鐵氰根離子配位的同時(shí)伴隨著鉬酸根離子的浸出,通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間可以合成獨(dú)特的NiFe/Fe-MoO2空心納米棒結(jié)構(gòu)催化劑。


2. 催化劑的合成示意圖及其形貌和結(jié)構(gòu)特征

3. 催化劑的物相及成分特征

要點(diǎn)二:優(yōu)異的OER及類(lèi)鉑的HER活性

在堿性介質(zhì)中(1 M KOH),NiFe/Fe-MoO2213 mV的低過(guò)電位下可提供20 mA/cm2OER電流密度,優(yōu)于目前已報(bào)道的大多數(shù)鎳鉬基催化劑(圖4)。此外,催化劑還具有類(lèi)鉑的HER活性,僅需33 mV的過(guò)電位即可提供10 mA/cm2的電流密度(圖5)。催化劑經(jīng)過(guò)70 h的恒電流穩(wěn)定性測(cè)試后,其OER/HER活性沒(méi)有出現(xiàn)明顯衰減,展現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性。


4. 催化劑堿性純水中析氧反應(yīng)(OER)性能


5. 催化劑堿性純水中的析氫反應(yīng)(HER)性能

要點(diǎn)三:有效驅(qū)動(dòng)堿性純水/海水電解NiFe/Fe-MoO2用于堿性水和海水電解。當(dāng)電流密度為10 mA/cm2時(shí),分別僅需1.481.51 V的電壓,展現(xiàn)出優(yōu)異的水解性能。此外,催化劑還具有出色的穩(wěn)定性和接近100%的法拉第效率。


6. 催化劑堿性純水和堿性海水中的全解水性能

作者簡(jiǎn)介

木士春:武漢理工大學(xué)首席教授,博士生導(dǎo)師,國(guó)家級(jí)高層次人才。長(zhǎng)期致力于電解水制氫催化劑、質(zhì)子交換膜膜燃料電池催化劑研究。以第一作者或通訊作者在 Nat. Commun.Adv. Mater.J. Am. Chem. Soc.Angew. Chem. Int. Ed.Energy Environ. Sci.等國(guó)內(nèi)外期刊上發(fā)表270余篇高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文。

唐浩林:武漢理工大學(xué)首席教授,博士生導(dǎo)師,國(guó)家級(jí)高層次人才。長(zhǎng)期從事燃料電池和鋰電池關(guān)鍵材料研究。以第一作者或通訊作者在Adv. Mater.Adv. Energy Mater.Adv. Funct. Mater.Nano EnergyAdv. Sci.等國(guó)內(nèi)外期刊上發(fā)表100余篇高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文。

原文鏈接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202205683


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