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
有人说:打麻将和性生活是县城的底色?

有人说:打麻将和性生活是县城的底色?

灯锦年
2026-04-21 12:32:46
跌4毛4、涨2毛5后油价又下降,5月21日调整,油价“第2跌”中

跌4毛4、涨2毛5后油价又下降,5月21日调整,油价“第2跌”中

猪友巴巴
2026-05-11 16:10:05
坎塞洛、拉什福德随巴萨赢得西甲冠军,B费送祝福

坎塞洛、拉什福德随巴萨赢得西甲冠军,B费送祝福

懂球帝
2026-05-11 16:45:03
谁都不敢相信,打了四年的俄乌战争,居然会以这种方式停战了!

谁都不敢相信,打了四年的俄乌战争,居然会以这种方式停战了!

别人都叫我阿腈
2026-05-08 10:57:36
中美之间似乎正在复制美日广场协议,美元继续升值对美国是灾难

中美之间似乎正在复制美日广场协议,美元继续升值对美国是灾难

掉了颗大白兔糖
2026-05-05 15:18:03
央视:中国在巴基斯坦建立“保障基地”

央视:中国在巴基斯坦建立“保障基地”

烽火观天下
2026-05-10 10:17:59
乌克兰击沉里海舰队导弹舰!摧毁全俄最大的两座炼油厂

乌克兰击沉里海舰队导弹舰!摧毁全俄最大的两座炼油厂

项鹏飞
2026-05-08 19:30:06
正常人可以偶尔偷吃一颗伟哥吗?有什么副作用?本文为你讲出实情

正常人可以偶尔偷吃一颗伟哥吗?有什么副作用?本文为你讲出实情

健康科普365
2026-05-09 21:05:04
紧急提醒:这种海鲜近期不要买、不要吃!毒素超标,高温无用

紧急提醒:这种海鲜近期不要买、不要吃!毒素超标,高温无用

名医在线网
2026-05-09 09:35:09
勇士拒绝重建,豪组三巨头!为了库里最后生涯,管理层疯了?

勇士拒绝重建,豪组三巨头!为了库里最后生涯,管理层疯了?

体育大朋说
2026-05-11 10:50:12
刚接装中国新锐潜艇,巴铁立马开赴大马秀实力,堪称顶级代言人

刚接装中国新锐潜艇,巴铁立马开赴大马秀实力,堪称顶级代言人

观察者小海风
2026-05-11 14:51:20
貔貅认主不看财富,这四个生肖千万别碰,戴了反而会破财

貔貅认主不看财富,这四个生肖千万别碰,戴了反而会破财

纸鸢奇谭
2026-04-13 16:06:54
卡耶塔诺出任菲律宾新任参议长

卡耶塔诺出任菲律宾新任参议长

环球网资讯
2026-05-11 16:29:06
小玥儿开通个人账号!发文求救,晒照思念妈妈,外婆和小S是好友

小玥儿开通个人账号!发文求救,晒照思念妈妈,外婆和小S是好友

小娱乐悠悠
2026-05-10 11:32:57
“你凭什么赢张国荣?”26年后,他用一句话回应,让所有人闭嘴!

“你凭什么赢张国荣?”26年后,他用一句话回应,让所有人闭嘴!

飘飘然的娱乐汇
2026-05-10 22:15:05
CBA又闹出笑话,主教练当众怒喷,脸都不要了

CBA又闹出笑话,主教练当众怒喷,脸都不要了

宗介说体育
2026-05-11 10:11:02
比亚迪发飙了!新车配105度电池+帝瓦雷音响,尺寸看齐理想L8

比亚迪发飙了!新车配105度电池+帝瓦雷音响,尺寸看齐理想L8

沙雕小琳琳
2026-05-10 02:14:27
原河南省委书记68岁被开除党籍判刑3年,终年76岁

原河南省委书记68岁被开除党籍判刑3年,终年76岁

清风品历史
2026-05-11 09:11:31
跌停封单st洲际450万,st雅博300万,st闻泰130万,还没跌够吗?

跌停封单st洲际450万,st雅博300万,st闻泰130万,还没跌够吗?

丁丁鲤史纪
2026-05-11 11:56:43
这才是让人疯狂的好身材!肉肉的超可爱,看了就忍不住想抱抱!

这才是让人疯狂的好身材!肉肉的超可爱,看了就忍不住想抱抱!

情感大头说说
2026-05-11 11:06:25
2026-05-11 17:07:00
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

黄仁勋:你们赶上了一代人一次的大机会

头条要闻

媒体:中美元首即将北京会晤 美方一细节耐人寻味

头条要闻

媒体:中美元首即将北京会晤 美方一细节耐人寻味

体育要闻

尼克斯横扫费城:唐斯恩比德的命运与角色

娱乐要闻

“孕妇坠崖案”王暖暖称被霸凌协商解约

财经要闻

"手搓汽车"曝光:伪造证件、电池以旧代新

汽车要闻

吉利银河“TT”申报图曝光 电动尾翼+激光雷达

态度原创

游戏
家居
数码
公开课
军事航空

《巫师4》曝重磅消息:《天国:拯救》核心主创加盟!

家居要闻

多元生活 此处无声

数码要闻

小米“米家保温杯口袋版”新增三色可选,42.9元

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

军事要闻

特朗普:伊朗的回应“完全不可接受”

无障碍浏览 进入关怀版