王曉磊/劉廣義Nano Letters：實(shí)現(xiàn)工業(yè)級(jí)電流下高效穩(wěn)定水分解
2023-10-11 10:32 作者:電化學(xué)與電催化 | 我要投稿
基于此，阿爾伯塔大學(xué)王曉磊和中南大學(xué)劉廣義等設(shè)計(jì)了一種由Mn3O4和CoP2組成的異質(zhì)結(jié)納米線陣列(MnO-CoP/NF)，通過調(diào)節(jié)協(xié)同傳質(zhì)和電子結(jié)構(gòu)耦合多種納米非均勻界面來實(shí)現(xiàn)在大電流密度下的水分解過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MnO-CoP/NF催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的雙功能催化活性，其在500 mA cm?2電流密度下的HER和OER過電位分別為186.2和379.8 mV，并且其僅需259.5 mV的HER和392.2 mV的OER過電位電流密度就能分別達(dá)到1 A cm?2和1.5 A cm?2；并且該催化劑還能夠在500 mA cm?2電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行100小時(shí)。
此外，以MnO-CoP/NF催化劑組裝的水電解槽僅需1.60 V的電池電壓就能產(chǎn)生100 mA cm?2的電流密度，優(yōu)于商業(yè)RuO2||Pt/C水電解槽。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，MnO/CoP異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以最大限度地提高關(guān)鍵中間體的吸附強(qiáng)度，從而降低水解離和氫吸附的能壘，顯著提升電催化水分解的活性；并且，CoP2和Mn3O4之間存在的協(xié)同作用進(jìn)一步提高了水分解的性能。綜上，該項(xiàng)工作證明了金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化界面電子結(jié)構(gòu)對(duì)于提高催化活性的重要意義，為高電流密度電催化劑的合理構(gòu)建提供了理論依據(jù)。
A Highly Active and Durable Hierarchical Electrocatalyst for Large-Current-Density Water Splitting. Nano Letters, 2023. DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c02940
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