石墨烯碳基材料開發成高活性電催化劑研究進展

石墨烯碳基材料開發成高活性電催化劑研究進展

近日，中國科學院強磁場科學中心雙聘研究員，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心、化學與(yu) 材料科學學院教授陳乾旺課題組以貴金屬銥摻雜的金屬有機框架材料作為(wei) 前驅體(ti) ，一步煆燒製備了氮摻雜的類石墨烯層包裹銥鈷合金核殼結構材料，在酸性電解質析氫反應中表現出高活性和高穩定性。

近年來，電解水製氫受到學術界廣泛關(guan) 注，尋找廉價(jia) 高效的非鉑電催化劑成為(wei) 時下研究熱點。作為(wei) “明星材料”的石墨烯具有導電性好、耐腐蝕等優(you) 點，科研人員致力將其開發為(wei) 高活性酸性析氫電催化劑。但很多碳基催化劑的活性與(yu) 貴金屬相比還有很大的差距，如何將石墨烯碳基材料開發成高活性電催化劑是一個(ge) 熱點課題。


銥鈷合金可向表麵活性位點轉移電子。銥鈷合金表麵包覆的氮摻雜石墨烯層類似於(yu) “鎧甲”，有利於(yu) 防止合金內(nei) 核被酸腐蝕。作為(wei) 酸性析氫電催化劑（其中銥的含量僅(jin) 為(wei) 1.56wt.%），其塔菲爾斜率僅(jin) 為(wei) 23mV/dec，電流密度達到10mA/cm2時其過電位僅(jin) 為(wei) 24mV，顯示出與(yu) 商用的20%Pt/C電催化劑可比的電催化析氫性能。密度泛函理論模擬計算發現，氮摻雜原子近鄰的碳原子是電催化反應的活性位點，銥的引入促進了電子向類石墨烯層表麵遷移，降低了活性位點的氫吸附自由能。材料的表麵結構表征和元素成分成像分析等揭示了氮元素摻雜量的增加以及銥元素在合金內(nei) 核表麵的富集有利於(yu) 催化劑性能的提升。該研究為(wei) 尋找更為(wei) 廉價(jia) 、高效的電催化析氫催化劑提供了新思路。


相關(guan) 研究成果發表在《先進材料》上，博士研究生江鵬、陳繼堂、王長來為(wei) 論文共同第一作者。該研究得到了國家自然科學基金委、中科院和中國科大青年創新基金等的資助。

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