石墨烯碳基材料開發成高活性電催化劑研究進展

石（shí）墨烯碳（tàn）基材料開發成高活性電催化劑研究進展

近日，中國科學院強（qiáng）磁場科學中心雙聘研究員，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心、化學與材料科學學院教授陳乾（qián）旺課題組以貴金屬銥摻雜的金屬有機框架（jià）材料作為前驅體，一步（bù）煆燒製備了氮摻雜（zá）的類石墨（mò）烯層包裹銥（yī）鈷合金核殼結構材（cái）料，在酸性電解質析氫反應中表現出（chū）高活（huó）性和（hé）高穩定性。

近年來，電解水製氫（qīng）受（shòu）到學術界廣泛關注，尋找（zhǎo）廉價高效的非鉑電催化劑成為時下（xià）研究熱點。作為“明星材料”的石墨烯具有導（dǎo）電性好、耐腐蝕等優點，科（kē）研（yán）人員致力將其開發為（wéi）高（gāo）活性酸性析氫電催化劑。但很（hěn）多碳基催（cuī）化劑的活性與貴金屬相比還有很大的差距（jù），如何將石墨烯碳基材料開發成高活性電催化劑是一個熱點課題。


銥鈷合（hé）金可向表麵活性位（wèi）點轉移電子（zǐ）。銥鈷合金表麵包覆的氮摻雜（zá）石墨烯層類似於“鎧甲”，有利於防止合金內核被酸腐蝕。作為酸性析氫（qīng）電催化劑（其中銥的含（hán）量僅為1.56wt.%），其塔菲爾斜率僅為23mV/dec，電流密度達到10mA/cm2時其過電（diàn）位僅為24mV，顯（xiǎn）示出與商用的20%Pt/C電催化劑可比的電催化析氫性能。密度泛函（hán）理論模擬計算發現，氮摻雜原子近鄰的碳（tàn）原子是（shì）電催（cuī）化反應的活（huó）性位點，銥的（de）引入促進了（le）電（diàn）子（zǐ）向類石墨烯層（céng）表麵（miàn）遷移，降低了活性位點的（de）氫吸附自由能。材料的表（biǎo）麵結（jié）構表征和元素成分成像分（fèn）析等揭（jiē）示了氮（dàn）元素（sù）摻雜量（liàng）的增（zēng）加以及銥元素在合金內（nèi）核表麵的富集有利於催化劑性能的提升。該研究為尋（xún）找更（gèng）為（wéi）廉價、高效的電催化析氫催（cuī）化劑提供了新思路。


相關研究成果發表在《先進材料》上，博士研究生江鵬、陳繼堂、王長來為（wéi）論文（wén）共同第一作者。該研究得到了國家自然科學基金委、中科院（yuàn）和中國科大青年（nián）創新基金等（děng）的資助。

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