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作 者:陈续 赵金玉 张文盛 王晓敏[1] CHEN Xu;ZHAO Jin-yu;ZHANG Wen-sheng;WANG Xiao-min(College of Materials Science and Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China)
机构地区:[1]太原理工大学材料科学与工程学院,山西太原030024
出 处:《新型炭材料(中英文)》2024年第1期152-163,共12页New Carbon Materials
基 金:国家自然科学基金(52072256);山西省重点研发计划(202102030201006,202202070301016);中央引导地方科技发展资金项目(YDZJSX2021B005);山西省科技计划揭榜招标项目(20201101016);山西省科技创新基地建设项目(YDZJSX2022B003);山西省自然科学基金项目(20210302124308);山西省教学改革项目(2021YJJG046)。
摘 要:设计高效、稳定的析氢催化剂是盐水电解技术发展的必然要求。本文通过原位生长策略在泡沫镍(NF)上生长NC/Co_(x)P@NF催化剂,它由Co_(x)P纳米线阵列与氮掺杂碳纳米片(NC)交替生长组成。在制备过程中,Co(OH)_(2)纳米线通过内源Co^(2+)与2-甲基咪唑的溶解配位作用在NF上原位转化为Co-MOF纳米片。仙人掌状的微观结构使NC/CoxP@NF暴露出丰富的活性位点和离子运输通道,促进了HER催化反应动力学。此外,在分级多孔的NC/CoxP@NF中,纳米线和自支撑纳米片交替生长,进一步增强了材料的结构稳定性。最重要的是,表面聚阴离子(磷酸盐)和NC纳米片保护层的形成提高了催化剂的耐腐性能。最终,NC/CoxP@NF-10表现出优异的析氢性能,在1.0 mol L^(-1)KOH和1.0 mol L^(-1)KOH+0.5 mol L^(-1)NaCl条件下,分别需要107和133 mV的过电位达到10 mA cm^(-2)的电流密度。Designing efficient and robust catalysts for hydrogen evolution reaction(HER)is imperative for saline water electro-lysis technology.A catalyst composed of CoxP nanowires array with N-doped carbon nanosheets(NC)was fabricated on Ni foam(NF)by an in-situ growth strategy.The material is designated as NC/Co_(x)P@NF.In the preparation process,Co(OH)_(2) nanowires were transformed into a metal organic framework of cobalt(ZIF-67)on NF by the dissolution-coordination of endogenous Co^(2+)and 2-methylimidazole.The resulting cactus-like microstructure gives NC/CoxP@NF abundant exposed active sites and ion transport channels,which improve the HER catalytic reaction kinetics.Furthermore,the interconnected alternating nanowires and free-stand-ing nanosheets in NC/CoxP@NF improve its structural stability,and the formation of surface polyanions(phosphate)and a NC nanosheet protective layer improve the anti-corrosive properties of catalysts.Thus,the NC/Co_(x)P@NF has an excellent performance,requiring overpotentials of 107 and 133 mV for HER to achieve 10 mA cm^(-2) in 1.0 mol L^(-1) KOH and 1.0 mol L^(-1) KOH+0.5 mol L^(-1) NaCl,respectively.This in-situ transformation strategy is a new way of constructing highly-efficient HER catalysts for saline water electrolysis.
关 键 词:析氢反应 纳米结构 过渡金属磷化物 耐氯腐蚀 盐水分解
分 类 号:TK51[动力工程及工程热物理—热能工程]
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