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Wiley能源催化领域最新进展

已有 702 次阅读 2020-8-19 14:08 |个人分类:热点研究|系统分类:论文交流| Wiley, 威立, 能源催化, 论文集锦

1.结构设计/表面调节促进黑磷在光/电催化中的应用



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黑磷(BP)是一类新兴的2D半导体材料,具有独特的性质,在光/电催化方面具有广阔的应用前景。然而,BP在光/电催化中的应用由于不稳定性以及低的催化效率而受到阻碍。近来,人们一直致力于通过结构设计来调节其固有结构、电子性质和电荷分离,以增强光/电催化性能。同时,也在寻找与BP-类似的新型替代材料。在本文中,深圳大学张晗课题组杭州电子科技大学王敦辉/Liyuan Long团队合作,对BP及其类似物材料在光/电催化方面的结构/表面设计策略和在先进应用中的最新理论和实验进展方面进行了深入探讨,并对该类材料的未来发展进行了展望。

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原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202001431 


2.自适应双功能电催化剂有效分解水


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电解水为解决全球能源和环境危机提供了一种极具前景的绿色技术,但其效率在很大程度上受限于阴极氢气析出反应(HER)和阳极氧气析出反应(OER)的缓慢反应动力学。在这项工作中,新加坡南洋理工大学刘彬课题组通过在二维(2D)黑磷(BP)表面生长无定型的多-过渡-金属(钴和铁)氧化物,开发了一种双功能电催化剂(CoFeO@BP),其能够有效催化HER和OER。对于HER和OER,杂化CoFeO@BP催化剂在1 M KOH中达到10 mA/cm2电流密度的过电势分别为88和266 mV。基于一系列的非原位和原位研究,发现CoFeO@BP优异的催化性能归因于还原和氧化电位下的自适应表面结构。受益于无定型钴铁氧化物的亚稳态及其与BP的强亲和力,CoFeO@BP可以在还原电位下转化为CoFe磷化物,从而原位生成用于HER的真正活性催化剂。当处于氧化电位下时,BP上富含氧空位的无定型钴铁氧化物则倾向于遵循晶格氧氧化机理(LOM)来催化OER,这在动力学上是有利的。


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原文链接:

https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202008514 


3.CeO2耦合Co4N多孔纳米片,促进高效电解水


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开发对氢气析出反应(HER)和氧气析出反应(OER)具有优异耐久性的高活性非贵金属催化剂,对于提高全解水效率至关重要,但仍具有挑战性。在此,天津师范大学杜淼/李程鹏团队通过阴离子嵌入增强电沉积法和高温氮化处理,在石墨片表面合成了一种新型的超亲水性Co4N-CeO2杂化纳米片阵列(Co4N-CeO2/GP)。将CeO2掺杂到Co4N中可以促进H2O的分解和氢的吸附,减小OER中间反应的能垒,并改善组成的稳定性,从而显着提高HER性能而同时诱导增强OER活性。此外,在导电基底上原位生长的Co4N-CeO2超亲水自支撑电极可加快基底与催化剂之间的电子传导,及时地促进气泡从电极上的释放并阻止催化剂的脱落,从而确保高效和稳定的工作状态。因此,对于HER和OER,Co4N-CeO2/GP电极在10 mA cm-2处分别显示出24和239 mV的极低过电位。此外,将Co4N-CeO2/GP又作阴极、又作阳极所组成的碱性电解池需要1.507 V的电解电压来驱动10 mA cm-2,优于Pt/C || RuO2电解池(1.540 V@10 mA cm-2)。更重要的是,该电解池在500 mA cm-2的大电流密度下可保持50 h的超长耐用性,显示了其在大规模应用中的潜力。

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原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201910596 


4.优化催化剂实现高效CO2RR


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迫切需要开发具有高法拉第效率(FE)、能量效率(EE)和电流密度的电化学CO2还原反应(CO2RR)工艺,以实际使用CO2。在此,美国罗文大学(Rowan University)Samuel E. Lofland/Naohiro Fujinuma团队基于钴和聚4-乙烯基吡啶,一个合成了能够实现CO2RR转化为CO的催化剂。该催化剂可在PH为2-7的范围内工作。优化的结果显示,CO2RR转化为CO可在85 mA cm-2下具有92%的FE和58%的EE,并且在20 h内没有发生明显的FE衰减。这些特征可归因于合成条件和工艺条件,其促进了吡啶分子与Co在纳米尺度上几乎均匀的配位,以便产生催化所必需的合适配合物。出色的性能与易于可规模化生产的优点相结合,为电化学CO2RR的商业化铺平了道路。

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原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202001645 


5.原子分散吡咯型Fe-N4实现高效HzOR


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合理设计多孔材料中的催化活性位点对于电催化至关重要。在本文中,瑞典斯德哥尔摩大学袁家寅课题组加拿大(魁北克)国家科学研究院孙书会课题组、安徽师范大学盛天课题组等合作,设计了多级多孔碳膜支撑的原子分散Fe-Nx位点,以电催化肼氧化反应(HzOR),这是电化学氮转化的关键技术之一。Fe‐Nx单原子催化剂的高固有催化活性以及独特的混合微孔/大孔膜载体将这种电极置于著名的杂原子-基碳电极之列,以实现高效肼燃料电池。结合先进的表征技术、电化学探针实验和密度泛函理论计算,识别出吡咯-型Fe-N4结构为HzOR中的真正催化位点。

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原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202002203 


(本期作者:毛毛的维)



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