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Angew. 北大齊利民課題組在高效全電解水催化劑研究中取得重要進(jìn)展

來(lái)源:北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院      2020-07-28
導(dǎo)讀:最近,北京大學(xué)齊利民課題組利用金屬有機(jī)框架(MOF)納米陣列作為模板,通過(guò)原位轉(zhuǎn)化制備得到具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的釕-鈷氧化物((Ru-Co)Ox)中空納米片陣列,并將其作為雙功能催化劑應(yīng)用于高效的堿性全電解水。該研究工作近期在Angew. Chem. Int. Ed.發(fā)表。

電化學(xué)分解水被認(rèn)為是一項(xiàng)最有希望應(yīng)用于大規(guī)模產(chǎn)氫的技術(shù),但它需要研發(fā)高效的電催化劑,以應(yīng)對(duì)由陰極氫析出反應(yīng)(HER)和陽(yáng)極氧析出反應(yīng)(OER)的緩慢動(dòng)力學(xué)引起的高過(guò)電勢(shì)。最近,過(guò)渡金屬基催化劑,尤其是易于合成且組成和結(jié)構(gòu)易于調(diào)節(jié)的過(guò)渡金屬氧化物(TMOs),已被廣泛研究應(yīng)用于高效的水分解,旨在替代昂貴的PtHERIrOER催化劑。然而,開發(fā)高性能的TMOs基雙功能全電解水電催化劑,仍然具有很大的挑戰(zhàn)性。

最近,北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院齊利民課題組利用金屬有機(jī)框架(MOF)納米陣列作為模板,通過(guò)原位轉(zhuǎn)化制備得到具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的釕-鈷氧化物((Ru-Co)Ox)中空納米片陣列,并將其作為雙功能催化劑應(yīng)用于高效的堿性全電解水(圖1)。

D:\研究生科研\(zhòng)課題進(jìn)展以及相關(guān)的數(shù)據(jù)\實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)\MOF@CC\課題需要的原始數(shù)據(jù)和作圖?。∫约皩懽靼15 Ru-Co-MOFs構(gòu)成界面催化劑\Use-Data-to-figure\TOC\TOC.jpg

(Ru-Co)Ox中空納米片陣列應(yīng)用于堿性全電解水

他們通過(guò)溫和的離子交換結(jié)合低溫空氣中退火的方法,將生長(zhǎng)在碳布上的Co MOF納米片陣列轉(zhuǎn)化為異質(zhì)結(jié)構(gòu)且互相摻雜的(Ru-Co)Ox中空納米片陣列(圖2a)。合成得到的(Ru-Co)Ox催化劑具有優(yōu)異的HER活性,在10 mA cm2電流密度下的過(guò)電位僅為44.1 mV且具有較小的Tafel斜率(23.5 mV dec1);它同時(shí)具有出色的OER活性,在10 mA cm–2電流密度下的過(guò)電位僅為171.2 mV。應(yīng)用于高效的堿性全電解水時(shí),中空(Ru-Co)Ox納米片陣列在10 mA cm–2電流密度下僅需要1.488 V的槽電壓(圖2b-f)。(Ru-Co)Ox中空納米片陣列的優(yōu)異電催化活性可歸因于其優(yōu)化的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),如獨(dú)特的中空納米陣列結(jié)構(gòu)、雜原子摻雜和異質(zhì)納米界面。這項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)合成可應(yīng)用于高效電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換的具有理想組成和結(jié)構(gòu)的納米陣列開辟了一條新的途徑。

 

2 (Ru-Co)Ox納米陣列的合成機(jī)理示意圖及其HER、OER和全電解水性能

該研究工作近期以“Heterostructured Inter-Doped Ruthenium-Cobalt Oxide Hollow Nanosheet Arrays for Highly Efficient Overall Water Splitting”為題在Angew. Chem. Int. Ed.發(fā)表(原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202005436)。WileyChem對(duì)該論文進(jìn)行了推介(https://mp.weixin.qq.com/s/HkjzV_5V_OB3pNtX0GNfKw)。北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院博士研究生王成為該論文的第一作者,齊利民教授為通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委和科技部的資助。

謹(jǐn)以此文熱烈祝賀唐有祺先生百年華誕!


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