咨询电话:021-58952328
Chem. Eur. J. :自支撑钌掺杂硒化镍实现安培级电流的电解水制氢2023-05-13
南京信息工程大学化材院朱冬冬课题组利用离子交换法,设计、制备了一种自支撑的钌掺杂硒化镍(Ru-NiSe2)催化剂应用于碱性环境下的氢气析出反应(HER),其具有高的催化活性以及优异的稳定性。

利用可再生能源(如风能、太阳能、潮汐能等)电解水制氢对于我国“碳达峰、碳中和”目标的实现具有重要意义。然而目前氢气的大规模制备主要来源于天然气重整或者煤的气化,电解水制氢仍受限于其较高的成本。贵金属Pt是电解水制氢阴极端HER的最佳催化剂,但是高昂的价格限制了其大规模应用。与Pt相比,金属Ru具有较低的价格和较好的HER活性,因而有望取代Pt。

 

 

1
图1 (a)Ru-NiSe2的透射电镜图片。(b)不同样品的LSV曲线(1.0 M KOH)。(c)不同样品的碱性HER稳定性。(d)氢吸附自由能比较。

基于此,朱冬冬课题组对所合成的NiSe2材料进行离子交换处理,成功制备自支撑的Ru-NiSe2催化剂。Ru的引入一方面改变了NiSe2的原始形貌,使得Ru-NiSe2可以提供更多的电化学活性位点,这有利于HER。另一方面,Ru的引入调控了NiSe2的电子结构,XPS结果表明电子由Ru转移到NiSe2。所制备的Ru-NiSe2具有优异的碱性HER活性,其在1000 mA/cm2的过电位仅为180.8 mV, 显著优于商用的Pt/C催化剂(411.6 mV)。此外,Ru-NiSe2还具有突出的HER稳定性,其在1000 mA/cm2的恒流测试下,经过90小时之后过电位仅增加13 mV。

Ru的碱性HER活性通常受制于其水裂解步骤较高的能垒,Ru-NiSe2中的NiSe2可以起到促进水裂解的作用。此外,与Pt相比,Ru具有更强的氢吸附,这限制了随后的氢气脱附步骤,不利于HER。密度泛函理论(DFT)结果表明,Ru-NiSe2中带正电荷的Ru(–0.32 eV)可以显著减弱Ru(–1.35 eV)表面过强的氢吸附,有利于随后的氢气脱附步骤,从而实现优异的HER性能。该研究为开发新型高效的Ru基碱性HER电催化剂提供了新思路。

文信息

Self-Supported Ru-Incorporated NiSe2 for Ampere-Level Current Density Hydrogen Evolution

Yu Bai, Huaiyu Zhang, Dr. Xue Lu, Dr. Liang Wang, Yan Zou, Dr. Juhong Miao, Dr. Man Qiao, Dr. Yujia Tang, Dr. Dongdong Zhu

文章第一作者为本科生白羽和研究生张怀玉

Chemistry – A European Journal 

DOI: 10.1002/chem.202300205

 

最新产品
园区介绍