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刘健教授团队在超亲水/超疏气电催化剂制备上取得重要进展
2020-01-10 15:58  

电催化分解水的催化剂主要由贵金属及其氧化物组成,其稀缺性与高成本极大地限制了电催化产氢的产业化应用。开发新型的高效非贵金属催化剂,是实现大规模电催化分解水制氢的关键。近年来,硫族化合物由于其催化活性高、稳定性好、成本低等特点在电催化水分解领域受到广泛关注

近日,青岛科技大学的刘健教授团队和中国科学院理化技术研究所的闻利平研究员、江雷院士合作通过组分调节、纳米结构控制和三相界面设计,利用简便的硫族凝胶复分解反应原位构筑了一种负载型的超亲水/超疏气CoMoSx硫族凝胶双功能电催化剂,实现了大电流密度下高效稳定的全分解水。

     

研究人员利用复分解反应在泡沫镍表面原位简易负载了硫族凝胶电催化剂CoMoSx/NF。该催化剂呈现一种褶皱状的多级微纳尺度的复合结构,其超亲水和超疏气的性质一方面能显著促进电解质在催化剂表面的浸润,实现催化界面对反应物水分子的高效活化;另一方面可以加快原位产生气泡的脱附,从而加速碱性条件下的HER/OER速控步骤。特别是在大电流密度下,水相电解质的有效浸润和原位生成气泡的快速脱除,可加速传质,促进电催化分解水的进行。值得注意的是,超亲水/超亲气CoMoSx/NF由于具有优异的界面性质和本征特性,能够保证其在高电流密度下稳定运行。CoMoSx/NF作为双功能电催化剂用于全解水,在电流密度500 mA/cm2时,能够至少稳定运行100小时,优于目前已报道的绝大多数材料。该研究展现了硫族凝胶在构建高性能电解水催化剂方面的巨大潜力,也可为其他电化学催化领域的关键催化材料与功能界面的设计构筑提供新的思路。

     

相关工作以研究全文的形式发表在德国应用化学上(Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 1659-1665)。青岛科技大学为第一通讯单位,第一作者是青岛科技大学的硕士生单馨瑶。文章的通讯作者为刘健教授和闻利平研究员

文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201911617

本工作得到了国家自然科学青年科学基金、山东省自然科学杰出青年基金、山东省自然科学重大基础研究项目和“National Thousand Talents Program”等的资助。

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