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梁汉璞等开发出催化性能优于铂的碳半包覆结构电解水析氢催化剂

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发表于 2023-3-1 09:59:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
随着光伏、风电等可再生电能的成本进一步降低,以及碳中和背景下对于绿氢的需求将爆发式增长,电解水制氢(绿氢)将成为未来氢能生产的主流方式。实际应用中受限于催化剂的发展,铂族金属催化剂在酸性环境中展现出良好的析氢活性,但其成本和储量问题阻碍了规模化应用。因此,研究人员将注意力转向大量非贵金属可作为催化剂的碱性环境,但仍存在几个问题:催化过程中Volmer步骤需要克服额外的水解离过程;具有中等氢吸附强度的催化剂几乎都是贵金属(例如铂、铱、钯和铑);高电流密度下催化剂易脱落。

催化剂

催化剂
  图1 IG@Ni-NiMoOx的合成示意图和物化表征
  青岛能源所梁汉璞研究员带领的能源材料与纳米催化研究组针对上述问题,设计了镍钼氧化物锚定的超薄石墨层半包覆镍催化剂(IG@Ni-NiMoOx)。通过刻蚀-水解法增强催化剂与基底界面的结合力,提高催化稳定性。另外,通过热驱动诱导金属偏析并催化碳壳层石墨化,加速水解离和优化氢吸附强度,提升催化活性。如图1所示,IG@Ni-NiMoOx在-100 mA cm-2电流密度下的过电势仅为76.70 mV,远低于商业Pt/C和铂片的过电势。另外,在-200 mA cm-2电流密度下连续稳定运行超过300小时,展现出良好的稳定性。理论计算表明,暴露的镍具有比铂更优的水解离活性,超薄石墨层能够有效降低氢在镍上的吸附强度,提高析氢活性。该工作不仅提供了催化性能优于铂的非贵金属催化剂,还为设计碱性高效析氢催化剂提供了一种新策略。
  相关成果发表在Journal of Materials Chemistry A上,陆家佳博士为论文的第一作者,梁汉璞研究员为论文的通讯作者。该工作得到了中国博士后科学基金面上项目、山东省自然科学基金青年基金和中科院洁净能源创新研究院合作基金的支持。(文/图 陆家佳 王雅萱)
  原文链接:https://doi.org/10.1039/D2TA07871F
  Jiajia Lu, Peng-Jun Deng, Anyong Chen, Chen Yang, Hongwei Zhu and Han-Pu Liang*. Encapsulated Ni nanoparticles in the incomplete graphite layer anchored on NiMo oxides enabling superior hydrogen evolution to Pt. Journal of Materials Chemistry A, 2023, 11(5): 2452-2459.
       文章来源:青岛能源所
  




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