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劉健教授團隊在超親水/超疏氣電催化劑製備方面取得新進展
作者:材料學院  來源:材料學院 人事處  編輯:臧傳永   點擊:[] 日期:2020年04月28日

電催化分解水的催化劑主要由貴金屬及其氧化物組成,其稀缺性與高成本極大地限制了電催化產氫的產業化應用。開發新型的高效非貴金屬催化劑,是實現大規模電催化分解水制氫的關鍵。近年來,硫族化合物由於其催化活性高、穩定性好、成本低等特點在電催化水分解領域受到廣泛關注。

近日,我校劉健教授團隊和中國科學院理化技術研究所的聞利平研究員、江雷院士合作通過組分調節、納米結構控制和三相界面設計,利用簡便的硫族凝膠複分解反應原位構築了一種負載型的超親水/超疏氣CoMoSx硫族凝膠雙功能電催化劑,實現了大電流密度下高效穩定的全分解水。

研究人員利用複分解反應在泡沫鎳表面原位簡易負載了硫族凝膠電催化劑CoMoSx/NF。該催化劑呈現一種褶皺狀的多級微納尺度的複合結構,其超親水和超疏氣的性質一方面能顯著促進電解質在催化劑表面的浸潤,實現催化界面對反應物水分子的高效活化;另一方面可以加快原位產生氣泡的脱附,從而加速鹼性條件下的HER/OER速控步驟。特別是在大電流密度下,水相電解質的有效浸潤和原位生成氣泡的快速脱除,可加速傳質,促進電催化分解水的進行。值得注意的是,超親水/超親氣CoMoSx/NF由於具有優異的界面性質和本徵特性,能夠保證其在高電流密度下穩定運行。CoMoSx/NF作為雙功能電催化劑用於全解水,在電流密度500 mA/cm2時,能夠至少穩定運行100小時,優於目前已報道的絕大多數材料。該研究展現了硫族凝膠在構建高性能電解水催化劑方面的巨大潛力,也可為其他電化學催化領域的關鍵催化材料與功能界面的設計構築提供新的思路。

相關工作以研究全文的形式發表在德國應用化學上(Angew. Chem. Int. Ed.,2020,59,1659-1665)。青島科技大學為第一通訊單位,第一作者是青島科技大學的碩士生單馨瑤。文章的通訊作者為劉健教授和聞利平研究員。

文章鏈接://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201911617

本工作得到了國家自然科學青年科學基金、山東省自然科學傑出青年基金、山東省自然科學重大基礎研究項目的資助。

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