重大《AFM》:一种具有多异质结构界面和三维多孔结构的电催化剂

2021-06-13 23:46:35 材料科学与工程

氢气是一种无碳、清洁、环保的绿色资源,能量密度最高(142MJ kg-1),因此被广泛认为是最具潜力的清洁能源。此外,随着氢气冶金技术的不断发展,对氢气作为还原剂的需求也在不断增加。电催化是一种潜在的可持续制氢方法,开发非贵金属基电化学水分解的高效电催化剂是开发和利用可再生能源的核心。

来自重庆大学等单位的研究人员合成了一种具有多异质结构界面和三维多孔结构的电催化剂,阐明了结合多特征和密度泛函计算的电催化活性增强机理。特别是,所制备的Co2P/N@Ti3C2Tx@NF(下文表示为CPN@TC)表现出15毫伏的超低过电位,以达到10mA·cm-2的电流密度,并且具有长期耐久性。另一方面,这种催化剂在1 m KOH中具有30mV·dec-1的小Tafel斜率,这甚至优于贵金属催化剂。出色的HER活性归因于吸附H2O和氢的多异质界面、电子传输的高电导率以及设计良好的离子和气体快速传输结构。因此,有理由认为CPN@TC的合成策略可以扩展到过渡金属基磷化物的制备,以提高催化性能。相关成果发表在Advanced Functional Materials。

论文链接:

https://doi.org/10.1002/adfm.202102576

总的来说,通过两步电沉积和随后的氮化工艺,在MXene(Ti3C2Tx)改性的NF表面成功地制备了具有多异质结构界面的CPN@TC。经过精心设计的CPN@TC可以用于吸附H2O和H*的多个异质界面、电子传输的FNE导电性以及用于离子和气体快速传输的介质。另一方面,该催化剂在1m KOH中表现出惊人的性能,在10 mA cm-2时的过电位仅为15 mV,并且长期稳定。另外,通过密度泛函理论计算进一步优化了水解离和氢吸附过程。有理由相信,该合成策略有可能成为高性能水碱电催化剂磷化物研究开发的一条潜在途径。(文:SSC)

图1|a)催化剂合成策略示意图。B)NF,c)TC@NF,d)CP@TC和e,f) CPN@TC的SEM图像

图2| a,b)CP@TC从NF中剥离的透射电镜图像

图3)a)Ti 2p,b)Co 2p,c)P 2p和d)N 1S 的CPN@TC的XPS谱

图4| a)极化曲线和b)相应的CPN@TC、CP@TC、CP@NF、NF、CPN@NF和TC@NF的Tafel斜率。

图5.a)本文计算的H2O吸附能,b)H*吸附能。

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