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化工学院张鑫宇&唐群委等人在Applied Catalysis B: Environmental杂志发表电解水制氢催化剂最新成果

发布人:时间:2023-10-30浏览:

近日,化工学院张鑫宇讲师(学术教授)、唐群委教授等人在电催化水分解制氢领域取得最新进展,相关成果以Boosting hydrogen evolution of nickel phosphide by expanding built-in electric field with tungsten oxide”为题发表在权威期刊Applied Catalysis B: Environmental上(中科院Top一区,影响因子:22.1)。

研究背景

氢能作为一种来源广泛、零碳排放、灵活高效的二次能源,是推动全球能源结构向清洁化、低碳化转型,构建全球低碳能源体系的重要一环。高电流密度下氢气的规模化生产对于电解水工业的推广与应用具有重要意义。迄今为止,Pt基催化剂仍旧被认为是碱性氢析出反应(HER催化剂的标杆,但高的制备成本和资源稀缺性严重限制了其广泛应用。过渡金属磷化镍(Ni2P)由于出色的水解离性能而在碱性水电解制氢领域中备受关注,然而与贵金属Pt相比,氢吸附位点的缺乏使其难以快速消耗Volmer步骤所产生的氢质子,导致了较差的HER性能。因此,如何优化氢质子在磷化镍材料表面的吸附效果非常关键但仍具有挑战性。

成果介绍

本文通过简单的离子基团交换与低温磷化相结合的策略有效构筑了WO3调制的Ni2P/NF催化材料(20-WO3/Ni2P/NF)。原位电化学阻抗谱和Mott-Schottky曲线测试结果表明引入WO3可以有效调控Ni2P/NF的电化学微环境,从而扩大了催化材料内部的内建电场强度,改善电荷转移性能。DFT计算表明WO3的引入不仅能够作为新的氢吸附活性位点促进氢质子的快速消耗,而且可以进一步有效降低水分子在镍位点的解离能。因此,制备的20-WO3/Ni2P/NF在碱性介质中表现出优异的HER活性301 mV的过电位即可达到-1000 mA cm-2的高电流密度。进一步的阴离子交换膜水电解槽性能测试表明,组装的20-WO3/Ni2P/NF//NF电极同样可以在工业级电流密度下长期稳定运行(1000 mA cm-2 , 100h),赋予了其在未来氢气的规模化生产巨大的应用潜力

该研究成果得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和山东省自然科学基金等项目的支持。


论文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337323010834#fig0025


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