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Angew. Chem.:超親水/超疏氣負載型CoMoSx硫族凝膠電催化全解水
發布:lee_9124   時間:2019/11/13 0:47:51   閱讀:248 
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電解水制氫的原料來源豐富、產氫純度高,且可與太陽能發電、風能發電等系統聯用,是當前的一個重要研究方向。傳統電催化分解水的催化劑主要由貴金屬及其氧化物組成,其稀缺性與高成本極大地限制了電催化產氫的產業化應用。開發新型的高效非貴金屬催化劑,并研究其催化過程,是實現大規模電催化分解水制氫的關鍵。近年來,硫族化合物由于其催化活性高、穩定性好、成本低等特點在電催化制氫領域受到廣泛關注。如何激活硫族化合物的催化活性,進一步提升其在制氫應用中的潛力,對推動氫能的發展具有重要意義。目前提升硫族化合物催化性能的手段主要集中在對于缺陷的調控。但是,優化硫族化合物的界面設計,從而改善氣體反應動力學的工作卻鮮有報道。在電催化過程中,特別是高電流密度下,構筑超親水/超疏氣表面有利于反應物與催化活性位的接觸和產物氣泡的快速擴散,加速傳質,促進電解水反應速率的提升。
 
近日,青島科技大學的劉健教授團隊和中國科學院理化技術研究所的聞利平研究員、江雷院士合作通過組分調節、納米結構控制和三相界面設計,利用簡便的硫族凝膠復分解反應原位構筑了一種負載型的超親水/超疏氣CoMoSx硫族凝膠雙功能電催化劑,實現了大電流密度下高效穩定的全水分解。
 
 
 
研究人員利用復分解反應在泡沫鎳表面原位簡易負載了硫族凝膠電催化劑CoMoSx/NF。該催化劑呈現一種褶皺狀的多級微納尺度的復合結構,其超親水和超疏氣的性質一方面能顯著促進電解質在催化劑表面的浸潤,實現催化界面對反應物水分子的高效活化;另一方面可以加快原位產生氣泡的脫附,從而加速堿性條件下的HER/OER速控步驟。特別是在大電流密度下,水相電解質的有效浸潤和原位生成氣泡的快速脫除,可加速傳質,促進電催化分解水的進行。該超親水/超親氣CoMoSx/NF由于具有優異的界面性質和本征特性,能夠保證其在高電流密度下穩定運行。CoMoSx/NF作為雙功能電催化劑用于全解水,在電流密度500 mA/cm2時,能夠至少穩定運行100小時,優于目前已報道的絕大多數材料。該研究展現了硫族凝膠在構建高性能電解水催化劑方面的巨大潛力,也可為其他電化學催化領域的關鍵催化材料與功能界面的設計構筑提供新的思路。
 
 

 
 來源:x-mol.com
 
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