北京化工大學:一步電沉積法構建高效炭載納米糰簇氧析出催化劑

2020-12-14 小材科研

近日，北京化工大學王峰教授、張正平副教授課題組在Nano Energy (影響因子：16.602) 上發表題為「One-step electrodeposition of carbon quantum dots and transition metal ions for N-doped carbon coupled with NiFe oxide clusters: A high-performance electrocatalyst for oxygen evolution」的研究工作。報導了一種一步電沉積法構建的高效炭載納米糰簇氧析出催化劑。

氧析出反應（OER）受限於自身的四電子轉移過程和高陽極反應電位，制約著包括鹼性電解水和可逆鋅空電池等技術的發展。鎳基化合物被認為是陽極材料最具成本效益的電催化材料，因為它們能夠提供接近貴金屬（RuO2和IrO2）商業催化電極的OER活性。為進一步增強其OER活性，採用氮摻雜炭等載體材料可以調控鎳基化合物界面的電子結構，從而增強其催化性能。因此，為提升活性粒子與載體間的耦合作用，加快電子轉移，改善催化界面反應活性，如何增大兩者界面的接觸面積並提高界面間相互作用是一個重要且富有意義的研究方向。

該工作通過金屬離子（Ni2+，Fe3+）和氮摻雜碳量子點的一步電沉積法，在石墨片上構建了具有高度耦合的NiFeOx納米糰簇/氮摻雜炭複合電極（NiFeOxNC）。得益於界面間的強相互作用，NiFeOxNC電極在1 M KOH電解液中氧析出反應過電位僅為195 mV，遠遠優於商業RuO2催化劑和行穩陽極，此外還在複雜多變的實際應用環境下具有出色的適用性。這項工作不僅為製備用於水分解裝置的高效陽極提供了一種簡便的方法，而且為開發用於其他清潔電化學技術的新材料提供了指導。

論文要點：1、提出一步電沉積法製備鎳基電催化劑；2、氮摻雜碳量子點作為含氮碳磚，以建立連續層氮摻雜碳；3、由此產生的NiFeOxNC對OER顯示了優越的催化活性和耐久性；4、NiFeOxNC在一系列實際操作中也表現出了優異的性能。

該文章共同第一作者為北京化工大學博士研究生楊少軒和碩士研究生杜若秋，王峰教授和張正平副教授為本文共同通訊作者，北京化工大學為唯一完成單位。本研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、北京化工大學人才引進啟動基金和中央高校基本科研業務費等項目的資助。

來源：北京化工大學材料學院、新材料資訊

全文連結：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520306340

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