科研动态
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  • 晶态材料研究所在硫化镍电催化剂调控方面取得新进展
  • 发布时间2018-11-15 0:00:00 来源: 编辑者: 点击量:
  • 近日,晶态材料研究所在电催化水裂解纳米材料的研究方面取得重要进展,相关工作以“(003)-Facet-Exposed Ni3S2 Nanoporous Thin Films on Nickel Foil for Efficient Water Splitting”为题发表在国际化学类重要学术期刊 Appl.   Catal. B Environ. 上,该期刊为催化领域顶级期刊,影响因子为11.698。张献明教授和范修军教授是本文通讯作者,博士生董静是本文第一作者。


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    Ni3S2(003) 晶面上HEROER的反应机理示意图


    可再生电催化裂解水被认为是一种利用丰富的水资源生产清洁氢能的能源转换技术。裂解水中析氢半反应 (HER) 和析氧半反应 (OER) 缓慢的动力学过程是限制电解水大规模应用的重要瓶颈。因此,开发高效低成本的双功能电催化剂是该领域的研究重点。

    活性晶面的选择性暴露和纳米结构的优化是制备高性能催化剂的有效且富有挑战的技术手段。本工作利用电化学阳极氧化和气相沉积的方法,在镍片上构筑了 (003) 晶面暴露的Ni3S2纳米多孔薄膜。通过调控材料的结晶纯度和微观形貌,合成了具有超小孔道、亲水疏气表面、较强晶面择优取向的催化剂。由该双功能材料组装的碱性电解池,在1.61 V电压下可获得10 mA/cm2的电流密度。Ni3S2纳米薄膜原位垂直生长于镍箔基底上,形成具有大量活性位点的纳米多孔结构。Ni3S2纳米薄膜良好的导电性和多孔结构为电化学反应中的电子和离子提供了短的传输路径。该一体化电极结构具有良好的循环稳定性,可直接应用于电解水催化反应而不需要粘结剂。实验结果和第一性原理 (DFT) 计算共同揭示了Ni3S2(003) 晶面在电解水过程中的催化机理。Ni3S2(003) 晶面上配位不饱和的镍三角结构可以有效降低HER过程中水裂解的活化能,Ni3S2和表面原位产生的NiOOH对OER起协同催化作用。该工作对开发和研究一体化过渡金属基纳米材料在能源转换与存储中的应用提供了有效思路。

    本工作得到国家自然科学基金委、山西省“1331工程”、三晋学者、山西省研究生创新项目的经费支持。

    (文章链接:https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.11.003)





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