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我校在电催化制氢研究中取得新进展

核心提示: 近日,我校理学院教师团队在电催化制氢领域研究中获得新进展,在国际催化领域期刊ACS Catalysis上在线发表题为“Enhanced Catalysis of Electrochemical Overall Water Splitting in Alkaline Media by Fe Doping in Ni3S2 Nanosheet Arrays”的相关研究论文。

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南湖网讯(通讯员 张耕)近日,我校理学院教师团队在电催化制氢领域研究中获得新进展,在国际催化领域期刊ACS Catalysis上在线发表题为“Enhanced Catalysis of Electrochemical Overall Water Splitting in Alkaline Media by Fe Doping in Ni3S2 Nanosheet Arrays”的相关研究论文。理学院张耕副教授为该论文第一作者,曹菲菲副教授为通讯作者。

氢能被认为是一种可替代传统化石能源的新能源形式。电解水制氢是目前最有发展前景的制氢方式之一,但是合成同时具有优异析氢和析氧反应活性的非贵金属催化剂仍是一个挑战。针对该问题,本工作制备了Fe掺杂的Ni3S2纳米片阵列催化剂(Fe-Ni3S2),表现出了优异的电催化析氢与析氧反应活性。研究发现Fe掺杂能显著增大Ni3S2纳米片的电化学活性面积,优化H2O以及H原子在催化剂表面的吸附自由能,这些都使得Fe-Ni3S2相比于Ni3S2具有更高的析氢活性。此外,金属位点被证明在析氢过程中发挥了重要作用。以Fe-Ni3S2纳米片同时作为析氢和析氧催化剂的电解池在1 mol/L KOH溶液中表现出了优异的活性(10 mA/cm2电流密度下电解池电压1.54 V)与稳定性(连续电解10 h,电流未见明显下降)。

此外,本课题组还致力于另一种非贵金属催化剂-过渡金属/碳复合电催化剂的研究。发现以蔗糖、尿素和过渡金属盐为原料在热解过程中首先原位形成过渡金属/g-C3N4复合物,进而在更高的碳化温度下转变为碳基复合材料。采用该方法制备得到的Co/N掺杂石墨烯以及Co/N, S, Co共掺杂石墨烯分别对氧还原和水电解反应表现出了优异的催化活性与稳定性。相关工作分别发表在国际期刊Journal of Power Sources(J. Power Sources, 2016, 302, 114;ESI高被引论文)和ACS Applied Materials & Interfaces(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 28566)上。上述工作得到了国家自然科学基金和校自主创新基金的支持。

论文链接:

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021%2Facscatal.8b00413

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775315304420

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b08138

审核人:曹菲菲

责任编辑:王银
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