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环境与能源材料研究所在电催化分解水研究中取得新进展

作者:高等研究院    新闻来源:高等研究院    点击数:   更新时间:2020-12-23

氢气是理想的能源材料,有望取代化石燃料以减少污染气体排放、缓解全球变暖。电解水制氢是制备氢气的主要技术路线之一。理论上,在1.23V的电解电压下水分子就可以分解为氢气和氧气,然而,水实际的分解电压高于其理论值。水的分解可以分为析氢反应和析氧反应两个半反应,由于析氢和析氧反应的发生都需要额外的过电位,所以只有在高于1.23V的电位下,水的分解才会发生,这造成了电能浪费和效率下降。其中,析氧反应包含了4个电子-质子转移步骤,反应动力学缓慢,成为制约电解水效率的瓶颈。为了降低析氧反应的过电位,环境与能源研究所近来做了一系列工作,取得了显著进展。

RuO2是性能最好的析氧反应电催化剂之一,然而Ru昂贵的价格大幅增加了电解水的成本。环境与能源材料研究所利用脉冲激光快速温冲法,在RuO2表面原位生长出微小的Ru/RuO2颗粒,形成独特的荔枝状形貌。这种独特的形貌可以有效增加材料的表面积,增加活性位点的负载量。同时,Ru的形成可以提高材料的导电性。在两方面的作用下,RuO2的过电位大幅减小,提高了RuO2的效率/成本比。
    该工作于近日发表于《Journal of Energy Chemistry》,王宗鹏博士为第一作者,钟文武教授为通讯作者,澳门皇家赌场为唯一通讯单位。《Journal of Energy Chemistry》是中科院一区期刊,最新的影响因子为7.22。
    论文链接:
https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.06.042

Co9S8是另一种重要的析氧反应电催化剂,其晶格结构中包含4配位的四面体及6配位的八面体。在另一项工作中,环境与能源材料研究所研究人员通过引入电负性较低的Fe元素,重新设计了Co9S8中的多面体,提高了Co9S8的本征活性。d带中心是过渡金属析氧活性的描述符之一。Fe原子相比Co原子电负性较小,且3d电子更少,在Co9S8中引入Fe元素,由于Co、Fe之间较强的相互作用,使得电荷从Fe向Co转移,从而改变材料的d带中心位置。而且,通过精确控制Fe的掺杂量,可以精确调控d带中心的偏移以达到最佳活性。研究表明,Fe的6配位八面体结构对d带中心的移动贡献最大。该工作近日发表于《Advanced Energy Materials》,王宗鹏博士为第一作者,钟文武教授为通讯作者,澳门皇家赌场为唯一通讯单位。《Advanced Energy Materials》为材料类知名学术期刊,最新的影响因子为25.25。论文链接:https://doi.org/10.1002/aenm.202003023