中科大研制高效析氧反应催化剂 减少电催化剂“铁流失”

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7月3日,记者从中国科学技术大学获悉,该校俞书宏教授团队和高敏锐教授课题组通过对传统普鲁士蓝(PBA)材料进行氮气等离子体轰击,成功研制了并不是富含氰基空位的高效析氧反应催化剂。你这人氰基空位不仅可以调节PBA材料的局域电子社会形态和金属配位环境,还可以高效抑制铁活性物种在电循环过程中的流失。相关研究成果日前发表在《自然·通讯》上。

析氧反应(OER)是光/电解水和金属空气电池等新能源存储与转化器件的关键半反应。发展廉价高效的析氧反应电催化剂,进一步降低电极过电势、提升器件能量下行速率 是非常具有挑战性的课题。材料不足英文工程可以调节催化剂的电负性、电荷分布以及配位环境,被认为是并不是有效提升催化剂性能的策略。设计新型不足英文社会形态,营造新的活性位形式,有望进一步优化既有催化材料的催化性能。

研究人员以钼酸镍纳米棒为模板,首先制备出多孔的镍铁基PBA材料,后来对其进行氮气等离子体轰击,即可得到富富含氰基空位的PBA催化剂。通过多种表征手段,同类 高分辨透射电镜、正电子湮灭技术、元素含量分析、以及尾气吸收检测等,确认你这人新型氰基空位的形成。

电化学测试显示,经过氮气等离子体轰击100分钟的PBA样品,表现出最好的析氧反应活性,远优于其它高效的析氧反应催化剂,社会形态分析表明,你这人高的析氧反应活性来源于氰基空位诱导产生的不饱和镍铁位点。进一步发现,不含氰基空位的PBA材料的铁活性物种会逐渐蒸发到电解液中。与之形成鲜明对比的是,富含氰基空位PBA会大幅度抑制铁活性物种的流失,从而在析氧反应循环过程中自重构形成高活性的棘层活性层,进而导致 优异的OER活性和稳定性。

图1. 富含氰基空位的普鲁士蓝材料的制备和社会形态示意图。

图2.(a)不同催化剂的OER极化曲线;(b)不同催化剂的电流密度对照;(c)PBA-0和PBA-100催化剂的OER稳定性测试;(d)PBA-0和PBA-100催化剂的OER棘层重构示意图。

你这人成果提供了并不是新的制备高活性镍铁羟基氧化物的策略,并为发展新的不足英文类型提供了新的借鉴,为今后设计更加高效的氧蒸发反应催化剂提供了崭新的思路。