原創(chuàng) 化學與材料科學 2021-12-10
近期，武漢理工大學木士春教授團隊在釕修飾二硒化鎳（Ru-NiSe2）納米片陣列的制備及促進電化學全水解方面取得新進展。他們通過Ru修飾，實現了三維納米片陣列結構的保型及硒化物金屬位點吸附自由能的優(yōu)化。所合成的Ru–NiSe2催化劑加速了在堿性介質中的析氧和析氫反應動力學，從而展現出突出的電化學全解水性能。相關成果以標題為“Ru-incorporated Nickel Diselenide Nanosheet Arrays with Accelerated Adsorption Kinetics toward Overall Water Splitting”發(fā)表于期刊Small。
I DFT理論計算預測分子動力學
為了預測Ru–NiSe2的內在全水解活性，采用DFT理論計算分析了含氧中間體（ΔGM*）、氫（ΔGH*）和H2O分子(ΔGH2O*)的吸附自由能。結果表明，Ru修飾可以優(yōu)化金屬Ni位點上的吸附吉布斯自由能，從而加速電化學反應動力學。
圖1. DFT理論計算
II Ru修飾保持三維納米結構
前驅體Ni（OH）2具有獨特的三維納米片陣列結構。其經過Ru3+溶液浸漬后再進行退火，不僅完整地保留了初始形貌，而且還提供了更優(yōu)的三維空間結構和更大的電化學比表面積。
圖2. Ru-NiSe2/NF催化劑的合成示意圖
III Ru修飾獲得優(yōu)異HER/OER/水分解性能
制備的Ru-NiSe2/NF在OER、HER和全水解中表現出非常高的活性。在堿性介質中，當電流密度為10 mA cm-2時，其OER過電位僅為210 mV，HER僅為59 mV，全水解所需電壓低至1.537 V；此外，無論是OER、HER還是全水解，該催化劑均保持了高的電化學穩(wěn)定性。
圖3. OER性能
圖4. HER性能
圖5. 全水解性能
IV 原位拉曼技術探測OER反應過程變化
原位拉曼光譜分析表明，在OER過程中發(fā)生了NiSe2溶解以及NiOOH原位再沉積，進一步證明了OER過程中活性位點由NiSe2向中間體NiOOH轉變。
圖6. 原位拉曼光譜
作者簡介
木士春教授研究團隊致力于電化學能量轉換材料及器件研發(fā)，重點關注質子交換膜燃電池催化劑、水電解制氫催化劑及納米碳催化材料等。木士春教授現為武漢理工大學學科首席教授，作為第一作者及通訊作者已在Nat. Commun.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等國際權威期刊上發(fā)表250余篇高質量學術論文，以第一發(fā)明人申請國家發(fā)明專利近100件，其中授權70余件。
原文鏈接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202105305