中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所微納技術(shù)與器件研究室李越課題組，在電催化析氫電極材料的構(gòu)筑及應(yīng)用方面研究取得進(jìn)展，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Nanoscale上，文章被遴選為當(dāng)期的Inside back cover。
氫能作為無(wú)污染的生態(tài)清潔能源，備受關(guān)注。電解水制氫是實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、廉價(jià)制備氫的重要手段。實(shí)現(xiàn)工業(yè)化電解水制氫的前提，是獲得具有高催化活性的電催化析氫電極材料。眾所周知，以鉑為代表的貴金屬基催化劑在電催化條件下具有最高的電解水制氫效率；然而，其高昂的價(jià)格和稀缺的儲(chǔ)量阻礙了其大規(guī)模工業(yè)化進(jìn)程。因此，開(kāi)發(fā)具有高催化性能的非貴金屬催化劑來(lái)替代貴金屬催化劑，對(duì)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電解水制氫具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣泛的應(yīng)用前景。
在眾多非貴金屬析氫催化劑中，過(guò)渡金屬磷化物因具有低廉的成本和較高的電催化析氫活性而備受關(guān)注。尤其，用鉬(Mo)、鈷(Co)、鎳(Ni)等元素?fù)诫s的磷化物構(gòu)筑的三維納米陣列催化劑，由于摻雜元素對(duì)本身磷化物電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控，使固體催化劑表面的氫原子吸附性能下降，從而使其析氫性能可與鉑相媲美。然而，在實(shí)際應(yīng)用中非貴金屬催化劑的催化活性受其所處pH環(huán)境影響極大，同時(shí)非貴金屬催化劑的穩(wěn)定性也需進(jìn)一步提高。
鑒于此，李越課題組利用NiMoO4納米線為前驅(qū)體，經(jīng)過(guò)后續(xù)的退火磷化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了Mo摻雜Ni2P三維納米陣列的制備。該Mo-Ni2P納米線陣列電催化劑在不同的pH環(huán)境下 (酸性，中性，堿性) 均具有優(yōu)異的電催化活性，在pH為0、7和14的電解質(zhì)溶液中達(dá)到10mA/cm2的電流密度需要的過(guò)電位分別為64、84和78 mV (圖2)。這表明該催化劑體系在能在寬pH環(huán)境范圍內(nèi)具有高電催化活性；該催化劑體系在整個(gè)pH范圍內(nèi)具有較高的電化學(xué)穩(wěn)定性。該Mo-Ni2P納米線陣列電催化劑的制備，將為新型、高效、穩(wěn)定、廉價(jià)的非貴金屬析氫電催化劑的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供新途徑。
研究工作得到了中科院交叉團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。
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圖1.Mo-Ni2P三維納米線陣列全pH范圍內(nèi)電解水產(chǎn)氫的內(nèi)封面示意圖。
圖2.Mo-Ni2P三維納米線陣列在(a)酸性；(b)中性；(c)堿性條件下的線性掃描伏安曲線。
