网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

济南大学在高效析氢电催化剂研究获得重要进展

0
分享至

化石燃料的过度消耗导致环境污染和能源危机,因此,开发绿色氢能对人类的可持续发展至关重要。电化学水裂解制氢由于成本低、操作方便、无污染等优点,是最有潜力大规模应用的绿色制氢技术。然而,工业上碱性电解水使用的镍析氢催化剂缓慢的氢析出动力学致使其过电位较大,从而导致能耗和成本增加,严重制约了自身的发展。为了满足高效制氢的工业要求,增强镍的析氢活性和稳定性对提高碱性电解水制氢效率具有重要的现实意义。

济南大学前沿交叉科学研究院徐彩霞教授(通讯作者)和刘宏教授(通讯作者)借助“电沉积-热处理-腐蚀”的策略,在泡沫镍的表面原位构筑多级多孔β1-NiZn金属间化合物/Ni异质结构(TMP NiZn-Ni/NF),突破了传统湿化学方法限制高活性Zn基合金制备的瓶颈,为活性位点丰富、高催化效率的自支撑非贵金属间化合物纳米材料的制备提供了新的思路。相关成果以“Free-standing trimodal porous NiZn intermetallic and Ni heterojunction as highly efficient hydrogen evolution electrocatalyst in the alkaline electrolyte”为题发表在国际著名期刊Nano Energy上。该论文第一作者为前沿交叉科学研究院和自旋电子研究院共同培养的博士研究生周秋霞

TMP NiZn-Ni/NF的形貌结构表征

首先,在泡沫镍(NF)表面电沉积一层金属锌,通过热处理获得NiZn/NF;然后选择性地溶解Zn原子获得最终产品。XRD表征证明所制备产品由NiZn金属间化合物和Ni两种物相组成:

图1.NiZn/NF和TMP NiZn-Ni/NF样品的XRD表征。

SEM(a&b)表征发现锌的腐蚀在表面形成了均匀的孔径尺寸约几百纳米的大孔,TEM (c)研究发现在孔壁中还分布有一层丰富的孔径小至7 nm的纳米孔。BJH孔径分析(g)也证明这层纳米孔主要分布在7nm左右。这些结果证明了自支撑多级多孔结构的形成。HRTEM(d&e)、SEAD(g)和EBSD(h&i)图像进一步表明已制备的样品由β1-NiZn金属化合物和Ni共同组成,证实我们成功制备了自支撑型原位锚定在NF上的多级多孔NiZn金属间化合物和Ni异质结构。XPS分析发现β1-NiZn金属间化合物对Ni的电子结构起到了大幅度的调节作用。

图2. TMP NiZn-Ni/NF样品的形貌表征:(a&b) SEM、(c) TEM、(d&e) HRTEM、(f) SAED、(g)BJH孔径分布曲线和(h&i)EBSD图像。插图e1和e2分别为Ni和β1-NiZn的FFT变换图。

图3. TMP NiZn-Ni/NF的XPS图谱。

TMP NiZn-Ni/NF的析氢性能(HER)测试

通过LSV、Tafel曲线、EIS以及电容测试等研究发现TMP NiZn-Ni/NF具有可以与Pt/C相媲美的HER活性,尤其在大电流密度下展示了比Pt/C更低的析氢过电位。而且,所制备电极由于一体化多级多孔的自支撑结构,显示了比Pt/C更加优异的长时间催化稳定性,连续50小时运行几乎没有电流密度的损失,更重要的是,表面的多孔结构没有发生尺寸的粗化和团聚,相结构也没有发生任何变化,表明了β1-NiZn金属间化合物在碱性溶液中高电压条件下的优异稳定性。

图4. 所制备的样品的HER电化学性能测试:(a)LSV曲线测试、(b)不同电流密度下的过电位、(c)Tafel曲线、(d&e)EIS测试、(f)电容测试、(g)i-t测试和(h)TMP NiZn-Ni/NF稳定性测试前后的LSV曲线。

为了深入了解β1-NiZn和Ni异质结构对于HER高催化活性的起源,我们利用DFT计算模拟了H2O、H+OH和H在Ni(111)晶面、β1-NiZn(101)晶面、NiZn (101)/Ni (111)的吸附能。结果表明β1-NiZn金属间化合物本身具有较低的H吸附吉布斯自由能(ΔGH*),而且可以显著降低界面相连的金属Ni原子表面的ΔGH*。因此,β1-NiZn金属间化合物和Ni两相异质结构的形成可以增加表面高活性位点的密度,优化水裂解中的HER反应动力学,从而大大提高了析氢反应的性能。

图5.(a)结构的优化(灰色球Ni、蓝色球Zn、绿色球H、红色球O);HER过程中分别在Ni(111)面、NiZn(101)面和NiZn(101)/Ni(111)异质结表面上的(b)ΔGH2O*和ΔGH*+OH*和(c)ΔGH*。

采用泡沫镍作为基底和Ni源,通过“电沉积-热处理-腐蚀”策略制备了在泡沫镍表面原位构筑的多级多孔β1-NiZn金属间化合物和Ni的异质结构。由于高密度的反应活性位点和具有高效传质的自支撑多级多孔结构,TMP NiZn-Ni/NF在HER中展现出优越的电催化活性、低过电位和长时间的催化稳定性,甚至比商业Pt/C具有更优异的析氢性能。此项工作为设计具有高催化效率的自支撑非贵金属基金属间化合物纳米催化剂提供了一种便捷、绿色、可扩展的方案。

来源:济南大学

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106402

快速复制添加主编微信:lrwxgzh

点亮再看,让更多的朋友 看到,欢迎点赞、分享

“在看"一下嘛...

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
全球都在看中国将如何救援航天员!俄罗斯和美国9个月,中国多久?

全球都在看中国将如何救援航天员!俄罗斯和美国9个月,中国多久?

泠泠说史
2025-11-11 18:10:39
上海刚刚通报:王卫明被查!涉嫌严重违纪违法

上海刚刚通报:王卫明被查!涉嫌严重违纪违法

鲁中晨报
2025-11-12 18:31:05
华为新技术刚公布,就要被退场了!

华为新技术刚公布,就要被退场了!

科技堡垒
2025-11-12 11:10:14
张雪峰晒婚戒辟谣出轨后续:看演唱会女子账号被扒,海量美照曝光

张雪峰晒婚戒辟谣出轨后续:看演唱会女子账号被扒,海量美照曝光

古希腊掌管松饼的神
2025-11-12 15:39:13
京东“凛冬将至”!大摩下调评级,称京东是未来12个月最差电商股

京东“凛冬将至”!大摩下调评级,称京东是未来12个月最差电商股

爆角追踪
2025-11-12 16:52:17
狗咬邻居被摔死后主人上门打砸遭反杀,邻居以故意伤害罪被公诉,案件一审将开庭

狗咬邻居被摔死后主人上门打砸遭反杀,邻居以故意伤害罪被公诉,案件一审将开庭

扬子晚报
2025-11-12 19:59:31
男篮颁奖!周琦队霸,吴前笑开花,赵睿咬奖牌,粤港澳三队合影!

男篮颁奖!周琦队霸,吴前笑开花,赵睿咬奖牌,粤港澳三队合影!

篮球资讯达人
2025-11-12 22:29:16
塞尔维亚总统:欧洲正准备与俄罗斯打仗!

塞尔维亚总统:欧洲正准备与俄罗斯打仗!

每日经济新闻
2025-11-12 16:34:09
第38届金鸡奖开幕,陈飞宇主持周冬雨开场,网友:内娱影坛要完

第38届金鸡奖开幕,陈飞宇主持周冬雨开场,网友:内娱影坛要完

八卦南风
2025-11-12 16:29:56
祖雄兵越扒越有:男方有前科,曾琦医德很好,偷拍者身份炸裂

祖雄兵越扒越有:男方有前科,曾琦医德很好,偷拍者身份炸裂

寒士之言本尊
2025-11-10 22:51:59
男子100米仰泳:徐嘉余夺冠,收获四届全运会第13金

男子100米仰泳:徐嘉余夺冠,收获四届全运会第13金

懂球帝
2025-11-12 20:09:05
广东职工会员可申领千元学历提升补贴 计划补贴2万人

广东职工会员可申领千元学历提升补贴 计划补贴2万人

中工网
2025-11-12 09:00:01
张颂文等人在韶关街头救人续:当地称正开展见义勇为评定调查

张颂文等人在韶关街头救人续:当地称正开展见义勇为评定调查

南方都市报
2025-11-12 15:54:51
演都不演了?李连杰、洪金宝变化突出,疑“血液净化”,牵连成龙

演都不演了?李连杰、洪金宝变化突出,疑“血液净化”,牵连成龙

阿笎评论哥
2025-11-11 11:57:29
这两个新闻放一起看,讽刺得让人无话可说

这两个新闻放一起看,讽刺得让人无话可说

清书先生
2025-11-12 15:55:46
实探张家界荒野求生选手“苗王”的庇护所:堆着大量猕猴桃等野果,一个多月他只瘦了10多斤

实探张家界荒野求生选手“苗王”的庇护所:堆着大量猕猴桃等野果,一个多月他只瘦了10多斤

极目新闻
2025-11-12 21:49:34
刘道玉逝世:民间哀思如潮,体制内媒体为何却保持沉默?

刘道玉逝世:民间哀思如潮,体制内媒体为何却保持沉默?

娱乐的宅急便
2025-11-12 02:24:35
我们大多数国人为何不擅长演讲?网友分析出根本原因了

我们大多数国人为何不擅长演讲?网友分析出根本原因了

清晖有墨
2025-11-12 14:55:36
江苏男子暴打母亲后续!已被刑拘,央媒紧急介入,年龄信息曝光

江苏男子暴打母亲后续!已被刑拘,央媒紧急介入,年龄信息曝光

180视角
2025-11-12 13:44:25
后续!曾医生的父母替女儿道歉了,字字带着泪和痛!没抱怨任何人

后续!曾医生的父母替女儿道歉了,字字带着泪和痛!没抱怨任何人

魔都姐姐杂谈
2025-11-12 10:42:22
2025-11-12 23:43:00
新材料科讯
新材料科讯
关注最新材料科研动态
5801文章数 3923关注度
往期回顾 全部

科技要闻

前阿里人亲述: “经济上行”期双11什么样

头条要闻

涉赌诈头目佘智江被引渡回中国 涉案资金超2.7万亿元

头条要闻

涉赌诈头目佘智江被引渡回中国 涉案资金超2.7万亿元

体育要闻

消磨你上千小时的足球游戏,走过第20年

娱乐要闻

再王珞丹和白百何 明白两人"差别"在哪

财经要闻

段永平最新访谈:聊企业经营 投资理念

汽车要闻

7座皆独立座椅/新增5座版 体验第三代吉利豪越L

态度原创

家居
教育
时尚
旅游
军事航空

家居要闻

情感之所 生活教会设计

教育要闻

人民网专访!陈经纶中学校长独家揭秘

女人年纪大了也不必慌,掌握这3个穿衣技巧,优雅体面极了

旅游要闻

签约金额超10亿元 空港文旅区推介会在成都双流举办

军事要闻

美媒爆出猛料 "北溪"破坏行动由扎卢日内指挥

无障碍浏览 进入关怀版