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[转载]《德国应用化学》报道我校木士春教授电化学制氢最新研究成果

已有 262 次阅读 2017-7-13 17:54 |系统分类:论文交流|关键词:产氢,析氢,电化学,磷化物,二磷化物,二磷化钌,RuP2,掺杂碳材料|文章来源:转载

发布:材料复合新技术国家重点实验室  时间:2017-07-13

近日,我校材料复合新技术国家重点实验室木士春教授在电化学制氢方面取得重要进展,研究成果已在国际化学顶级期刊《德国应用化学》上在线发表(RuP2-based Catalysts with Platinum-like Activity and Higher Durability for Hydrogen Evolution Reaction at All pH Values. Angewandte Chemie International Edition, 2017, Doi: 10.1002/anie.201704911)。

氢被认为是一种理想的能源载体,具有能量密度高、可循环利用和绿色环保等优点,在未来还可广泛用作燃料电池的能源。电解水制氢由于环境友好、产品纯度高以及无碳排放等优点,已引起了人们的广泛兴趣。但目前电解水居高不下的电能消耗增加了制氢成本,成为限制其大规模应用的最重要瓶颈。这就需要大幅降低电极极化,特别是降低阴极析氢反应的过电位,实现在低电位下的大电流产氢。一直以来,铂(Pt)基贵金属催化剂被公认为优异的析氢催化剂,但其较高的成本和资源匮乏的缺点限制了其广泛应用。因此,研发低成本的电解水制氢催化剂成为近几年的研究热点。

过渡金属二磷化物(TMPs)作为一类富磷的金属磷化物,其催化析氢活性高于富金属的磷化物。然而,此方面的研究工作鲜有报道。因此,如何设计和制备富磷的过渡金属磷化物并将其用于电催化析氢有利于降低过电位,进而实现在低电位下的大电流产氢成为大幅降低制氢成本的关键科学问题。课题组首先通过理论计算,发现氮磷双掺杂的碳可有效降低富磷的二磷化钌(RuP2)对氢吸附自由能,从而达到与铂催化剂接近的氢吸附自由能值。进而利用绿色的植酸为磷源成功合成了氮磷双掺杂碳(NPC为壳,RuP2为核的核壳结构复合纳米材料(RuP2@NPC)。该合成方法具有简单、安全和可规模化制备等优点。所制备的RuP2@NPC复合纳米结构在中性、甚至强酸、强碱条件下电解水制氢,均表现出与贵金属铂相似的析氢性能。例如,作为酸性析氢电催化剂,在电流密度为10 mA cm-2时其过电位仅为38 mV,显示出与商用铂碳(Pt/C)电催化剂非常相似的电催化析氢性能。同时,氮磷双掺杂碳层可原位包覆在RuP2表面,有效地保护RuP2,从而改善了其电化学稳定性。因此,这种独特的复合纳米结构促使RuP2催化活性及稳定性能得以大幅提升。更重要的,该研究工作中使用的贵金属钌其价格仅为铂的4%,展现出了巨大的应用前景。


本论文通讯作者为木士春教授,第一作者为博士研究生蒲宗华。蒲宗华同学自2015年入学以来,在不到两年的时间里,已经以第一作者身份在Angewandte Chemie International Edition Applied Catalysis B: Environmental Chemical Communications Journal of Materials Chemistry A ACS Applied Materials & InterfacesNanoscaleNew Journal of Chemistry RSC Advances Energy Technology等国际权威期刊上发表SCI论文11篇,总影响因子已超过75

 该项研究获得了国家自然科学基金(51372186, 51672204)及校优博2016-YB-001)基金的资助。




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