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科研動態
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同步輻射吸收譜解析三元界面結構催化劑方面取得進展
 發布時間:2018-06-15  大?。骸?A class="fontzoom" href="javascript:doZoom(20)">大

氫能是一種理想的清潔能源和重要工業化學品。電催化分解水是公認的綠色制氫技術。盡管貴金屬基的材料展現優異的催化性能,但其昂貴的價格限制了它們的應用。因此,大量研究人員致力于發展兼具高活性和穩定性的非貴金屬水分解催化劑。近期,中國科學技術大學同步輻射實驗室宋禮教授課題組與華東理工大學段學志教授以及挪威科技大學陳德院士合作,研究發展了一種獨特了金屬-金屬氧化物-碳的三元界面結構催化劑,展現出了突出的水分解制氫性能。相關結果發表于國際著名期刊Materials Today (影響因子21.695), 論文第一作者為國家同步輻射實驗室博士后江宏亮、博士生林運祥和華東理工大學博士生陳炳旭 (全文鏈接:Materials Today, 2018, DOI: 10.1016/j.mattod.2018.01.033)。

  

1. 三元界面催化劑示意圖

  

該研究通過對一種簡單的鎳基金屬配合物進行可控熱處理,得到了Ni-NiO-C的三元界面結構材料。同步輻射X-ray吸收譜分析證實了這種獨特的、緊密耦合的三元界面結構。電化學實驗顯示合成的催化劑在堿性和中性電解液中均展現優異的催化性能,在電流密度10 mA cm-2的過電位分別為6476 mV,處于當前報道的最優異的水分解制氫的非金屬催化劑水平。進一步的第一性原理計算表明,Ni-NiO界面位點的決速步驟能壘明顯低于純Ni表面。周圍的碳組分可以阻止Ni的深度氧化,保持三元界面結構,而非核殼結構。這個研究工作基于同步輻射的精細表征,結合理論計算,不僅提供了一種優異的制氫催化劑;更重要的是,為界面結構催化提供了一種完整全新的理解。

  

以上研究工作得到了科技部重點研發計劃和青年973計劃、國家自然科學基金、中組部青年千人計劃、中科院百人計劃、合肥大科學中心、納米科學卓越中心、南開大學先進能源材料化學教育部重點實驗室等項目和機構的資助。

 

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