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武漢理工木士春教授、唐浩林教授 Small:摻鐵Ni/MoO2空心異質納米棒陣列驅動高效堿性水/海水電解

原創 化學與材料科學  2022-11-20 12:59 發表于北京

鎳鉬基催化劑因其優異的堿性析氫反應(HER)活性受到廣泛關注。這是因為通常Ni原子是優異的水解離位點,而Mo原子具有優越的氫吸附能。然而,鎳鉬基催化劑普遍析氧反應(OER)活性不突出(h10> 260 mV),使OERHER活性難以兼顧。因此,激發鎳鉬基催化劑的OER活性對促進其在水電解領域的應用至關重要。

基于此,近日武漢理工大學木士春教授團隊與唐浩林教授合作在Small上發表題為“Fe-Incorporated Ni/MoO2 Hollow Heterostructure Nanorod Arrays for High-Efficiency Overall Water Splitting in Alkaline and Seawater Media”的論文。該論文通過自犧牲的模板法將鐵原子引入到Ni/MoO2體系中構筑了具有空心納米棒形貌的NiFe/Fe-MoO2異質結構催化劑。該催化劑在堿性介質中呈現出優越的OER及類鉑的HER活性。

1. 圖文摘要

本文要點:

要點一:獨特的NiFe/Fe-MoO2空心異質納米棒結構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,鎳離子與鐵氰根離子配位的同時伴隨著鉬酸根離子的浸出,通過控制反應時間可以合成獨特的NiFe/Fe-MoO2空心納米棒結構催化劑。


2. 催化劑的合成示意圖及其形貌和結構特征

3. 催化劑的物相及成分特征

要點二:優異的OER及類鉑的HER活性

在堿性介質中(1 M KOH),NiFe/Fe-MoO2213 mV的低過電位下可提供20 mA/cm2OER電流密度,優于目前已報道的大多數鎳鉬基催化劑(圖4)。此外,催化劑還具有類鉑的HER活性,僅需33 mV的過電位即可提供10 mA/cm2的電流密度(圖5)。催化劑經過70 h的恒電流穩定性測試后,其OER/HER活性沒有出現明顯衰減,展現出了優異的電化學穩定性。


4. 催化劑堿性純水中析氧反應(OER)性能


5. 催化劑堿性純水中的析氫反應(HER)性能

要點三:有效驅動堿性純水/海水電解NiFe/Fe-MoO2用于堿性水和海水電解。當電流密度為10 mA/cm2時,分別僅需1.481.51 V的電壓,展現出優異的水解性能。此外,催化劑還具有出色的穩定性和接近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

作者簡介

木士春:武漢理工大學首席教授,博士生導師,國家級高層次人才。長期致力于電解水制氫催化劑、質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.等國內外期刊上發表270余篇高質量學術論文。

唐浩林:武漢理工大學首席教授,博士生導師,國家級高層次人才。長期從事燃料電池和鋰電池關鍵材料研究。以第一作者或通訊作者在Adv. Mater.Adv. Energy Mater.Adv. Funct. Mater.Nano EnergyAdv. Sci.等國內外期刊上發表100余篇高質量學術論文。

原文鏈接

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


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