吉林大學盧曉峰教授:鎳-碳化鉬納米粒子碳纖維複合納米材料

2020-12-12 百家號

易絲幫訊近日，吉林大學盧曉峰教授等人公開發明一種鎳-碳化鉬納米粒子/碳纖維複合納米材料、製備方法及其在電催化析氫或析氧中的應用，屬於非貴金屬基碳纖維複合納米材料可控制備技術領域。該發明利用靜電紡絲技術、空氣氛圍低溫煅燒以及氬氣氛圍高溫煅燒三個步驟，製備了鎳-碳化鉬納米粒子/碳纖維複合納米材料。複合材料整體以纖維形貌存在，鎳納米粒子和碳化鉬納米粒子均勻分布在碳纖維的內外。本方法成本低廉、簡單易行、可實現大規模工業化應用。該發明製備的鎳-碳化鉬納米粒子/碳纖維複合納米材料作為電催化水分解雙功能電催化劑，展現出了優異的催化活性，實現了高效製備無汙染的氫能源，為應對日益嚴重的環境問題提出了新的策略，具有重要的實際應用價值。

氫氣作為可再生替代能源具有清潔、高效、無汙染的優勢。電化學水分解可產生高純氫氣，其分為析氫(HER)和析氧(OER)兩個半反應，然而大部分析氧反應都在鹼性環境下進行，因此開發鹼性析氫電催化劑至關重要。鉑(Pt)基貴金屬催化劑是公認的活性最高的析氫催化劑，然而其儲量稀少、價格昂貴、易被OH-毒化，阻礙了其廣泛應用。因此，亟需開發非貴金屬鹼性析氫催化劑。

金屬Ni是典型的鹼性析氫催化劑，其價格低廉且具有最佳的OH-Ni2+δ(0≤δ≤1 .5)，有利於吸附中間產物，降低過電位。然而Ni納米粒子在強酸強鹼環境中容易腐蝕和鈍化，穩定性較差。最近，碳化鉬(Mo2C)因其製備過程無毒，寬pH值適應性以及具有和Pt族金屬相同的d帶電子結構等特性使其成為是一種有潛力的析氫催化劑。但是其導電性較差，界面反應動力學緩慢，單獨Mo2C的催化性質還是遠不及Pt基材料。將Ni和Mo2C化學耦合可將HBE調整到適中的值，從而平衡了氫吸附和解析之間的熱力學，提升了析氫催化活性。該發明的目的是提供一種具有高效水分解雙功能的非貴金屬電催化劑鎳-碳化鉬納米粒子/碳纖維複合納米材料、製備方法及其在電催化析氫析氧中的應用，以解決貴金屬催化劑價格昂貴，穩定性較差無法大規模使用的問題。

圖1：800℃下製備的Ni/Mo2C-CNFs-800複合納米材料的掃描電鏡照片。

圖2：800℃下製備的Ni/Mo2C-CNFs-800複合納米材料的透射電鏡照片。

圖3：800℃下製備的Ni/Mo2C-CNFs-800複合納米材料的拉曼光譜。

圖4：800℃下製備的Ni/Mo2C-CNFs-800複合納米材料的X射線衍射譜圖。

圖5：Ni/Mo2C-CNFs-800複合納米材料催化劑對析氫過程的極化曲線(jvsV)表徵圖。

圖6：Ni/Mo2C-CNFs-800複合納米材料催化劑對析氧過程的極化曲線(jvsV)表徵圖。

該方法成本低廉、簡單易行、可實現大規模工業化應用。該發明製備的鎳-碳化鉬納米粒子/碳纖維複合納米材料作為電催化水分解雙功能電催化劑，展現出了優異的催化活性，可大大減小水分解反應所需的過電位，實現了高效製備無汙染的氫能源，為應對日益嚴重的環境問題提出了新的策略，具有重要的實際應用價值。

附：專利信息

專利名 一種鎳-碳化鉬納米粒子碳纖維複合納米材料、製備方法及其應用 申請公布號 CN 108823600 A 申請公布日 2018.11.16 申請號 201810705362 .9 申請日 2018 .07 .02 申請人 吉林大學 發明人 盧曉峰　李美璇　王策

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