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Small:镍钼双金属基三维核壳构架 —高效的全分解水双功能电催化剂

随着化石能源的枯竭和环境污染问题的加剧,人们正在寻求新能源以取代传统化石能源。 氢能作为一种清洁、可再生能源吸引了全世界研究人员的广泛关注。通过电解水制氢是一种符合可持续发展的实用性技术,其所耗电能可由风力发电,太阳能电池等所提供。电解水反应分为析氢(HER)和析氧(OER)两个半反应。目前,由铂、铱和钌等贵金属所组成的高效析氢和析氧电催化剂因其昂贵的价格和稀有性所以难以满足工业化大规模应用。因此,人们迫切需要研发高效稳定的基于价格低廉、储量丰富的过渡金属电催化剂。而能够同时进行析氢和析氧反应的双功能水分解电催化剂可以实现在同一介质中的全分解水反应。它能够极大地降低电极制备成本,简化生产工序,因此具有更加广阔的应用前景。

目前,基于镍、铁、钴等的金属氧化物表现出了优异的电催化析氧性能。而基于镍、铁、钴等的金属合金在电催化析氢上具有优异的性能。由于金属氧化物往往并不具备金属合金优异的导电性,所以它们的电催化析氢性能相比金属合金有一定的差距,在进行同步析氢和析氧反应上往往需要1.6V以上的高偏压来克服反应的活化势垒。


Small:镍钼双金属基三维核壳构架 —高效的全分解水双功能电催化剂


近日,大连理工大学精细化工国家重点实验室的孙立成教授、侯军刚教授(共同通讯作者)报道了一种高效稳定的镍钼基电催化剂。通过氢化与碳化处理方式构筑了由超薄碳层、镍钼金属合金和镍钼氧化物纳米线组成的核壳结构集成阵列(NC/NiMo/NiMoOx)进行高效的全分解水反应。该复合氧化物纳米线核壳阵列结合了碳层和金属合金的优异导电性以及氧化物良好的析氧性能使得在其1M KOH溶液中均表现出了优异的电催化析氢和析氧性能,仅需要29mV过电势便能够达到10mA cm-2的析氢电流以及284mV过电势达到10mA cm-2的析氧电流。更重要的是,将这种复合体阵列电极分别作为阴极和阳极进行全分解水反应时,仅需1.57V的电压便能够达到10 mA cm-2的电流密度并能在高电流密度下稳定工作20小时以上。其电催化性能和稳定性均远优于Pt/C-IrO2组成的贵金属全分解水电极体系。这种核壳阵列的优异性能归因于(1):金属合金和缺陷态氧化物的协同作用使得其具有优良导电性和丰富的活性位点。(2):由超薄碳层和金属合金与氧化物纳米线阵列耦合所组成的3D一体结构极大地促进了电荷传输从而推进了高效的析氢和析氧反应。

相关论文在线发表在期刊Small(DOI: 10.1002/smll.201702018)上。



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