高效稳定的碱性析氢(HER)析氧(OER)电催化剂研究取得进展

氢能是一种理想的清洁能源,具有其它新能源无可比拟的巨大优势和广阔前景。尽管地球上的氢资源十分丰富,但是主要都是以水(H2O)的方式存在,单独以氢气分子(H2)存在的量非常少。因此,生产氢气是大规模使用氢能源的首要环节。目前,在碱性电解池中的制氢技术最为成熟,已经开始在工业上用于制备高纯氢了。而面对碱性制氢工业中存在能耗较高的问题,发展高效的稳定的廉价的碱性析氢(HER)析氧(OER)电催化剂是目前的重中之重。

图1 合成示意图

图2 电解水性能

        最近,中国科学技术大学材料系博士生杨阳(导师陈乾旺教授)通过调控石墨烯包覆合金中金属的自由度和比例,通过MOFs包覆退火工艺制备了氮掺杂石墨烯包覆的FeCoNi三元合金粒子。通过调控合金中的金属自由度和比例,从而实现了对其表面电子结构调控以及催化性能的优化。将石墨烯包覆合金材料作为碱性电解水催化剂表现出了接近贵金属(Pt-RuO2)的催化水平,并且有较高的稳定性。通过密度泛函理论计算(DFT)进一步揭示了其催化活性位点和电子结构改变对催化性能的影响。该成果以“Tuning Electronic Structures of Nonprecious Ternary Alloys Encapsulated in Graphene Layers for Optimizing Overall Water Splitting Activity”为题在线发表在美国化学会杂志ACS Catalysis上(ACS Catal. 2017, 7, 469−479)。

论文链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.6b02573