人工異質界面實現了對析氫和肼氧化催化的微妙反應動力學

2021-01-08 科學網

人工異質界面實現了對析氫和肼氧化催化的微妙反應動力學

作者：

小柯機器人

發布時間：2020/12/15 16:42:30

中國科學技術大學謝毅團隊揭示了人工異質界面實現了對析氫和肼氧化催化的微妙反應動力學。 相關研究成果發表在2020年12月11日的《德國應用化學》。

電化學水裂解制氫受陽極析氧反應（OER）的限制，因此用肼氧化反應（HzOR）代替OER受到廣泛關注。

該文中，研究人員發現泡沫鎳上具有豐富的Ni3N‐Co3N異質界面的分層多孔納米片陣列，具有優異的析氫反應（HER）和肼氧化反應（HzOR）活性，實現了10mA cm-2工作電位分別為‐43和‐88 mV，並在200 mV下實現了工業水平的1000 mA cm‐2。雙電極整體肼分裂（OHzS）電解器要求10和400 mA cm-2的電池電壓分別為0.071和0.76 V。

研究人員對直接肼燃料電池（DHzFC）和商用太陽能電池制氫進行了對比研究，以期對未來的實際應用有所啟發。DFT計算揭示了異質界面優化了氫吸附自由能（GH*），同時促進了肼脫氫動力學。

該項工作為先進的雙功能電催化劑提供了理論基礎，並推動了實用的節能制氫技術發展。

附：英文原文

Title: Artificial Heterointerfaces Achieve Delicate Reaction Kinetics towards Hydrogen Evolution and Hydrazine Oxidation Catalysis

Author: Yi Xie, Qizhu Qian, Jihua Zhang, Jianming Li, Yapeng Li, Xu Jin, Yin Zhu, Yi Liu, Ziyun Li, Ahmed El-Harairy, Chong Xiao, Genqiang Zhang

Issue&Volume: 11 December 2020

Abstract: Electrochemical water splitting for H2 production is limited by the sluggish anode oxygen evolution reaction (OER), thus using hydrazine oxidation reaction (HzOR) to replace OER has received great attention. Here we report the hierarchical porous nanosheet arrays with abundant Ni3N‐Co3N heterointerfaces on Ni foam with superior hydrogen evolution reaction (HER) and HzOR activity, realizing working potentials of ‐43 and ‐88 mV for 10 mA cm‐2, respectively, and achieving an industry‐level 1000 mA cm‐2 at 200 mV for HzOR. The two‐electrode overall hydrazine splitting (OHzS) electrolyzer requires the cell voltages of 0.071 and 0.76 V for 10 and 400 mA cm‐2, respectively. The H2 production powered by direct hydrazine fuel cell (DHzFC) and a commercial solar cell are investigated to inspire future practical applications. DFT calculations decipher that heterointerfaces simultaneously optimize the hydrogen adsorption free energy (GH*) and promote the hydrazine dehydrogenation kinetics. This work provides a rationale for advanced bifunctional electrocatalysts, and propels the practical energy‐saving H2 generation techniques.

DOI: 10.1002/anie.202014362

Source: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202014362

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