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我系梁永晔课题组在水分解电催化剂研究中取得新进展

发布日期:2017-04-21 10:22:00

近日,我系梁永晔副教授课题组在国际一流学术期刊《Advanced Functional Materials》(影响因子11.382)上发表题为《Iron-Doped Cobalt Monophosphide Nanosheet/Carbon Nanotube Hybrids as Active and Stable Electrocatalysts for Water Splitting》的学术论文,报道该课题组在水分解电催化剂研究中的最新成果。

氢气被认为是一种比较理想的能源载体。电化学分解水产氢是一种非常有前景的技术方案,它可以利用由可再生能源转换的电能和地球上储量丰富的水资源来进行可控的、集中的氢气生产。因此,开发廉价、高性能的电催化剂用于促进阴极氢气析出和阳极氧气析出反应来提高能量转换效率是能源领域中一项极为重要的研究课题。

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图1. (a) 催化剂材料简化结构示意图以及它们催化水分解反应示意图。(b) 催化剂材料的扫描透射电子显微镜相片和选区元素分布成像。(c) 单节AA干电池驱动的两电极碱性水分解电解池。

 

梁永晔课题组报道了一种多级结构工程的策略来实现协同优化水分解催化剂的催化性能。通过两步化学合成途径,研究人员制备出了铁(Fe)掺杂的磷化钴(CoP)纳米片与碳纳米管的复合物 (图1a, b)。研究发现,这类复合物催化剂具有与标杆的金属铂(Pt)催化剂接近的氢气析出反应催化活性。并且首次发现Fe掺杂量对这类无机-纳米碳复合物催化剂在不同pH电解质中的催化氢气析出性能有明显的影响。另一方面,通过原位的电化学氧化/水解,这类复合物催化剂可以转换为Fe掺杂的羟基氧化钴/碳纳米管的复合物并展现出非常优异的氧气析出催化性能。进一步,研究人员利用这类复合材料作为正负电极的催化剂构筑了一个简易的碱性水分解电解池,并证明了这种电解池可以在1.5 V的电压下以10 mA cm-2的电流密度持续稳定的进行水分解,该性能是目前水分解电催化剂的最好性能之一。该电解池也可以由单节AA干电池来驱动分解水产生氢气和氧气 (图1c)。

梁永晔副教授为该论文通讯作者,我系实验员张星为该论文第一作者(兼通讯作者),合作者包括徐浩旻、张潇、吴子珊(耶鲁大学)、王海梁(耶鲁大学)。该工作得到了国家青年千人计划、深圳市基础研究学科布局项目、孔雀团队、重点实验室项目等基金支持。

文章链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201606635/full