咨询电话:021-58952328
​苏大/北大/陕师大Angew.:Ni9.5Co0.5-S-FeOx实现高电流密度下水分解2023-09-10

电化学水分解是生产可持续清洁氢气的关键工艺,通常高价态有利于析氧反应(OER),由于效率和稳定性问题,低价态有利于析氢反应(HER)。

基于此,苏州大学钟俊教授、北京大学马丁教授、陕西师范大学林海平教授等人报道了Ni9.5Co0.5-S-FeOx杂化物中Co3+的高价态作为高效稳定HER的活性中心,而化学态较低的结构类似物表现出更差的性能。Ni9.5Co0.5-S-FeOx催化剂在工业工作温度60 ℃时,以1000 mA cm-2的超低过电位175mV驱动碱性HER,在300 h以上具有优异的稳定性。此外,该材料可以作为OER和HER的良好双功能催化剂,低电池电压为1.730 V,在300 h内整体水分解达到1000 mA cm-2

1

通过DFT计算,作者研究了Co3+在Ni9.5Co0.5-S-FeOx中对高效HER的影响。Ni9.5Co0.5-S-FeOx催化剂采用从Co2O3本征结构中切割的基序掺杂Ni3S2表面进行建模。Co2O3基序下Ni原子的投影态密度(PDOS)在-1.0 eV左右左移,表明引入Co2O3后键合强度增加。

作者还计算了外部电子注入后的电荷积累。注入的电子主要集中在Co2O3中体系能最低的Co0*-位点,证实了高价态捕获自由电子的能力。

2

此外,作者还计算纯Ni3S2表面上的ΔGH为0.44 eV。较大的正值表明H原子难以吸附在表面,导致其在HER中的活性有限。通过将Co2O3耦合到Ni3S2上,Ni3S2和Co2O3的界面位置呈现负的接近于零的ΔGH值,表明H在界面处吸附良好,而接近于零的值进一步表明被吸附的H原子在获得电子后也很容易离开。

通过在Co3+位点积累更多的电子来减少吸附的H+,可以显著加速HER反应,并且产生的H很容易在界面处以较低的H吸附/解吸能离开。结果表明,Co3+的高价态对高HER活性起着关键作用。

0

High Valence State Sites as Favorable Reductive Centers for High-Current-Density Water Splitting. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202308670.

最新产品
园区介绍