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青島能源所開發出一系列電化學制氫納米電催化劑
2019-11-08 | 编辑: | 【 】| | 供稿部门:能源材料与纳米催化研究组
    

  氫能作爲一種清潔、高效、可持續的能源,因具有高質量能量密度、燃燒産物無汙染、利用率高等優點,受到世界各國高度重視,被譽爲21 世紀最理想的新能源。電解水制氫是一種重要的制氫技術,但在實際制氫過程中,制氫效率較低。因此,科學家們一直致力于研發高性能電解水催化劑,以期實現高效制氫。

  梁漢璞研究員帶領的能源材料與納米催化研究組致力于探索合成具有高性能的納米催化劑,應用于相關領域。近來,在電化學制氫領域取得一系列進展:

  1)研發出一種新穎的快速還原-原位相轉變策略,在商業炭(VulcanXC-72)載體上成功制備出具有豐富活性位點的納米級超薄钴鐵(CoFe)雙金屬羟基氧化物。本研究爲在溫和條件下制備分散均勻的多金屬電催化劑提供一種全新的策略(ACS Applied Materials & Interfaces .2019; 11 (29): 25958-25966);

  2)成功將介孔超薄钴氧化物(CoOx)納米片生長在碳紙上,並將生長氧化钴納米片的碳紙直接作爲工作電極,研究了其電催化析氧性能。本研究爲大規模制備具有高活性的析氧反應工作電極供了一種全新思路(ACS Applied Energy Materials. 2019;2(3):1977-1987);

  3)采用簡單且低成本的電氧化方法成功地合成了3D多孔鐵钴(FeCo)雙金屬羟基氧化物(3D-FeCoOOH/CC)直接作爲高效電極電催化析氧反應,對于析氧反應具有34.9 mV dec-1的塔菲爾斜率,優于商業氧化銥(IrO2)催化劑(Chin J Catal.2019;40:1540-1547);

  4)Co(钴)金屬納米顆粒爲犧牲模板,成功制備出了空心铑(Rh)納米球,與文獻中所報道的铑基催化劑以及商業铑碳(Rh/C)催化劑相比,在電催化析氫過程中表現出良好的催化性能(Electrochimica Acta. 2018; 282: 853-859);

  5)將合成得到的表面光滑的CoEGAc(钴的有機配合物)納米盤作爲析氧反應電催化劑,經過電化學氧化一定時間,CoEGAc納米盤生成純相多孔羟基氧化钴(CoOOH)納米盤,並表現出優異的電催化析氧性能。本實驗提供了直接實驗證據證明CoOOH是钴基催化劑在堿性條件下析氧反應過程中的穩定活性晶相。(Electrochimica Acta. 2019; 303: 231-238)。

  合成 CoFe 醇鹽前驅體的(a-dTEM 圖像和(f-i)元素分布圖

  上述研究獲得中科院百人計劃、青島能源所科研創新基金、兩所融合基金等項目的支持。(文/ 劉穎傑 梁漢璞

  相關發表論文和專利:

  1. Du J, Li C, Wang X, Shi X, Liang H-P*. Electrochemical synthesis of cation vacancy-enriched ultrathin bimetallic oxyhydroxide nanoplatelets for enhanced water oxidation. ACS Applied Materials & Interfaces .2019; 11 (29): 25958-25966. https://doi.org/10.1021/acsami.9b07164

  2. Du J, Li C, Wang X, Shi X, Liang H-P*. Mesoporous ultrathin cobalt oxides nanosheets grown on carbon cloth as a high-performance electrode for oxygen evolution reaction. ACS Applied Energy Materials. 2019;2(3):1977-1987. https://doi.org/10.1021/acsaem.8b02074

  3. Chen G,Du J,Wang X,Shi X,Wang Z*,Liang H-P*.Iron-induced 3D nanoporous iron-cobalt oxyhydroxide on carbon cloth as a highly effcient electrode for oxygen evolution reaction.Chin J Catal.2019;40:1540-1547. https://doi.org/10.1016/S1872-2067(19)63401-7

  4. Du J, Wang X, Li C, Liu X-Y, Gu L, Liang H-P*. Hollow Rh nanoparticles with nanoporous shell as efficient electrocatalyst for hydrogen evolution reaction. Electrochimica Acta. 2018; 282: 853-859. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.06.126

  5. Du J, Li C, Wang X, Jones T G J, Liang H-P*. Cobalt oxyhydroxide with highly porous structures as active and stable phase for efficient water oxidation. Electrochimica Acta. 2019; 303: 231-238. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.02.083

  6. 一種電化學氧化法制備單層多孔羟基氧化钴納米片的方法(申請號:201810321648.7

  7. 一種單層多孔四氧化三钴納米片的制備方法(申請號:201810864976.1

 
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