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付宏刚教授团队研究成果在《Small》上发表
2018-07-11 21:06 徐英明  审核人:

20185月,化学化工与材料学院付宏刚教授领导的能量转换晶态材料的可控制备与性能科研团队在Wiley出版的《Small上发表了题为“NiSe-Ni0.85Se Heterostructure Nanoflake Arrays on Carbon Paper as Efficient Electrocatalysts for Overall Water Splitting”的研究论文。

近年来水被认为是未来理想的清洁能源载体。然而,电解水的效率主要受限于阳极端的析氧反应(OER)。迄今为止,IrO2RuO2已被确定为析氧反应的基准催化剂。然而,IrRu元素的稀缺性和高价格限制了其广泛的应用。寻找低成本的高效析氧催化剂作为替代品是目前的重要研究方向。

过渡金属镍基化合物由于其元素丰富且具有显著的催化活性而成为极具前景的材料。其中,硒化镍由于具有较高的导电性和可变的多价态而倍数关注;不同化学计量比的硒化镍被广泛研究应用于分解水产氢和产氧。现有研究发现构建过渡金属异质结构能够显著提高电催化活性,而对于不同硒化镍间的异质结构对于分解水性能的影响并没有开展深入的研究

黑龙江大学付宏刚教授科研团队采用简便有效的将NiSe-Ni0.85Se异质结构纳米片可控负载在碳纸上成紧密的接触,发挥协同催化作用,并将其应用于电催化全解水展现出优异的催化活性和稳定性。作者通过反应物比例的调控实现晶相结构从NiSeNiSe-Ni0.85SeNi0.85Se的调控和转变。研究发现NiSe-Ni0.85Se有利于提高电子在异质结面的传输和导电性的提高,同时异质结面的存在显著提高催化反应活性位的数量。此外,和纳米片阵列结构更易于与电解质接触暴露更多的活性位点。电催化分解水测试表明优化的NiSe-Ni0.85Se纳米片阵列异质结构复合体展现出比单一硒化镍更高的催化活性和良好的稳定性。优异的性能归结于以下因素:异质结界面和纳米片结构可提供更多的活性位点,NiSeNi0.85Se的协同作用发挥了1+1>2的催化效果;硒化镍异质结构和碳纸载体都具有好的导电性和传荷能力;此外,硒化镍表面部分的氧化产物层也起到催化剂的作用并提高了催化能力。

该项研究得到国家自然科学基金委的资助,黑龙江大学为唯一完成单位。

          

                                    

Scheme: Schematic for the overall water splitting setup system using NiSe-Ni0.85Se/CP as both the cathode and anode.

Y. J. Chen, Z. Y. Ren, H. Y. Fu, X. Zhang, G. H. Tian, and H. G. Fu, NiSe-Ni0.85Se Heterostructure Nanoflake Arrays on Carbon Paper as Efficient Electrocatalysts for Overall Water Splitting. Small 2018, 14, 1800763.

 

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