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西南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院何榮幸教授課題組在電催化材料設(shè)計領(lǐng)域取得新進展

來源:西南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院      2019-11-21
導(dǎo)讀:近日,西南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院何榮幸教授課題組在催化領(lǐng)域國際知名期刊《Applied Catalysis B: Environmental》(影響因子:14.229)上發(fā)表題為“Regulating Electron Density of NiFe-P nanosheets Electrocatalysts by a trifle of Ru for High-efficient Overall Water Splitting”(采用微量Ru調(diào)節(jié)NiFe-P納米片電催化劑電子密度的策略實現(xiàn)高效全水解)的文章。西南大學(xué)為該成果的第一通訊單位,何榮幸教授為通訊作者,何榮幸教授指導(dǎo)的2017級碩士研究生渠美嬌為第一作者。

 

由于能源危機和環(huán)境問題,氫氣作為一種高能量密度、無毒無污染的新型可再生能源,得到了大家的廣泛關(guān)注。電解水制氫純度高、成本低,成為更有潛力的制氫方法,但在電解水過程中存在極大的過電位。因此,人們需要設(shè)計并合成價格低廉、高催化活性且穩(wěn)定性好的陰極和陽極催化劑來盡可能降低電解水的過電位。同時,用同一電催化劑在電解槽中作為陰、陽兩極,更有利于降低催化體系污染,簡化系統(tǒng),降低生產(chǎn)成本,實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。

在過去幾年的研究中,過渡金屬磷化物(TMPs)由于其低廉的價格和較好的催化性質(zhì)成為一類非常有潛力的電解水催化劑。但是它固有的一些缺點限制了該類催化劑的進一步應(yīng)用。例如催化劑表面的活性位點不夠豐富,每個活性位的活性有限以及有待提高的導(dǎo)電性,這也是很多催化劑共有的缺陷。而釕作為一種d軌道電子豐富的鉑族元素,價格僅為鉑的4%。因此,該工作將微量的釕摻雜到偏磷酸鎳鐵中用以調(diào)控其表面電子密度,電化學(xué)測試表明該方法極大地提高了該材料的催化性能。DFT計算表明,偏磷酸鎳鐵表面P為吸附氫的位點,而釕摻雜后,Ru位點具有更小的|?GH*|,不僅降低了原P位的|?GH*|,同時還極大提高了材料的導(dǎo)電性,從而使該材料具有優(yōu)異的催化性能。這種通過微量釕摻雜調(diào)控電子密度的策略可以為將來設(shè)計新的高效催化劑提供指導(dǎo)。

該研究成果得到了廣泛關(guān)注,并受邀在微信公眾號“研之成理”上進行了詳細解讀和報道(鏈接:https://mp.weixin.qq.com/s/x1dz8GGl_cI-RRCpvnmhGw)。

該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、重慶市自然科學(xué)基金等項目的資助。論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.118324


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