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[转载]东南大学黄凯&南京师范大学唐亚文&徐林Carbon Energy:CoP/CoO异质结多孔纳米管促进电解水制氢

已有 1167 次阅读 2023-1-9 23:06 |系统分类:论文交流|文章来源:转载

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Reactive template-derived interfacial engineering of CoP/CoO heterostructured porous nanotubes towards superior electrocatalytic hydrogen evolution

Qixing Zhou, Ruoxu Sun, Yiping Ren, Run Tian, Jun Yang, Huan Pang, Xinlong Tian*, Lin Xu*, Yawen Tang*,   Kai Huang*

Carbon Energy

DOI: 10.1002/cey2.273


研究背景

传统化石燃料的大量消耗导致了严重的全球能源危机和环境污染,迫切需要大力发展环保和可持续能源。氢气因其高热值、高能量密度、零碳排放和可回收性,一直被公认为最理想的能量载体之一。在众多制氢技术中,电解水产氢是一种备受推崇的大规模生产清洁氢燃料的策略,同时可充分利用可持续的间歇能源(即太阳能、风能和潮汐能等),实现未来氢经济。然而,电解水产氢技术需要高效、稳定且经济的电催化剂来降低反应的过电势。迄今为止,贵金属铂仍被认为是最先进的析氢反应 (HER) 催化剂,但其高昂的成本、稀缺的储量和较差的耐久性严重限制了其在工业中的广泛应用。鉴于此,开发具有类似铂催化活性的廉价替代品,以实现经济上可行的可持续制氢是非常重要的。


成果介绍

东南大学黄凯副教授课题组和南京师范大学唐亚文教授,徐林副教授课题组等合作以Co-Asp纳米线为自牺牲模板制备CoP/CoO异质结多孔纳米管(CoP/CoO PNTs)。构建CoP/CoO异质结能显著调节活性位点的电子结构,提高催化剂的导电性,增强催化剂的本征活性。同时,独特的中空和多孔纳米管结构可有效促进内外表面暴露和物质渗透性,加快反应动力学。因此,所得CoP/CoO PNTs在1.0 M KOH介质中表现出类似Pt的HER活性,在10 mA cm-2电流密度下过电位为仅为61 mV,且具有优异的稳定性。该成果以“Reactive template-derived interfacial engineering of CoP/CoO heterostructured porous nanotubes towards superior electrocatalytic hydrogen evolution”为题发表在Carbon Energy上。

本文亮点

1. CoP/CoO异质结的构建可以有效改变异质界面的电子构型,从而提高电荷转移能力,降低HER能垒,提高本征活性。

2. 中空和多孔纳米管具有丰富的内外表面,提供充足的活性位点,优异的物质渗透性和高效的气体释放通道。

3. 纳米管内部较大的开放空隙有利于物质的传递和扩散阻力的减小,有利于增强电极反应动力学。


图文解析

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图1 CoP/CoO PNTs合成示意图。


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图2 CoP/CoO PNTs 的形貌表征。(A-B) 扫描电镜图片;(C-D) 透射电镜图片;(E-F) 高分辨率透射电镜图;(G) 暗场和元素分布图;(H) 线扫图。


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图3 CoP/CoO PNTs 的组分表征。(A) X射线粉末衍射谱图;(B) Co 2p;(C) P 2p;(D) O 1s X射线光电子能谱。


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图4 CoP/CoO PNTs 的HER性能表征。(A) 不同催化剂在1.0 M KOH条件下的HER极化曲线;(B) 10 mA cm-2的过电位比较;(C) Tafel曲线;(D) Cdl值;(E) 奈奎斯特曲线;(F) 1000次循环前后的极化曲线 (插图i-t曲线);(G-H) 排水试验的光学照片;(I) H2体积和法拉第效率。


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图5 (A) CoO、CoP和CoO/CoP的理论模型;(B) H2O在不同表面的吸附能;(C) H*在不同表面的吸附能;(D) CoO、CoP和CoO/CoP异质结构的DOSs;(E) CoP/CoO PNTs的结构示意图。


相关论文信息

论文原文在线发表于Carbon Energy,点击“阅读原文”查看论文

论文标题:

Reactive template-derived interfacial engineering of CoP/CoO heterostructured porous nanotubes towards superior electrocatalytic hydrogen evolution

论文网址:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.273

DOI:10.1002/cey2.273



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