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中科大唐凯斌教授ChemNanoMat:具有高电化学的同质异象型纳米结构

中国科学技术大学微尺度物质科学国家研究中心的唐凯斌教授课题组采用一种一步液相复合、转化及相转变的方法,合成了一种二氧化钛基锐钛矿-金红石双组分与还原氧化石墨烯复合的新型纳米结构材料,该材料的电化学活性远超原有二氧化钛,可以媲美贵金属基材料的电化学活性水准。

绿色可再生能源一直是全世界能源发展的主旋律。氢能源作为一种极具竞争力的绿色可再生能源,一直受到科学界的关注。目前,能够高效率获得氢能的方式是通过电化学方式电解获得氢气,而这个过程由于阴极和阳极上较高的电化学过电位的影响,极大地降低了电解过程的能量利用效率,增加了工业生产成本。经过了多年的研究,已经发现很多优异的材料可以有效地降低阴极析氢过程的过电位。然而,阳极析氧过电位依然较高,且常见的析氧催化剂大都需要贵金属参与,成为了可再生能源实际运用过程中的短板。

二氧化钛作为一种廉价及对环境无污染的材料,在光催化和光电催化等领域,具有很好的表现,但其用于电化学析氧过程的催化剂时,通常只是作为贵金属材料的载体,这是由于其本身的电化学析氧活性很低。虽然通过表面缺陷修饰等方式,可以在一定程度上降低过电位,但其过电位依然很高,这大大限制其作为一种绿色材料在绿色能源领域的表现。

近日,中国科学技术大学微尺度物质科学国家研究中心的唐凯斌教授课题组采用一种一步液相复合、转化及相转变的方法,合成了一种二氧化钛基锐钛矿-金红石双组分与还原氧化石墨烯复合的新型纳米结构材料,该材料的电化学活性远超原有二氧化钛,可以媲美贵金属基材料的电化学活性水准。通过该方法合成的纳米结构材料的组分可调,纳米颗粒较小且均匀分布,金红石、锐钛矿之间和二氧化钛与石墨烯之间都存在这电子转移的相互作用机理,这种相互作用使得金红石相的二氧化钛带正电,大大增强了对水分子的吸附能力,提供了一个极佳的电化学表面反应环境,降低了能量势垒,从而使得金红石和锐钛矿两相含量最为接近的纳米结构具有最佳的电化学活性。

具有高电化学的同质异象型纳米结构

该研究提供了一种独特的合成方式并解释了活性增强的机理,不仅发展了一种高效的电化学活性纳米结构材料,而且为绿色能源工程和材料合成提供了新的方案。

 

论文发表在ChemNanoMat,2018, doi: cnma.201800252.

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cnma.201800252

作者:Yiwei Hu, Tao Ding, Kailong Zhang, Biao Li, Baichuan Zhu, Prof. Kaibin Tang*

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