齐鲁工大《Adv Mater》:多合一薄膜!用于全解水和锌空气电池! 2024-08-02 15:45:00 电化学反应对于绿色和可再生能源转换和存储系统至关重要,它包括氢释放反应(HER)、氧释放反应(OER)和氧还原反应(ORR)。然而,这些电化学反应的缓慢动力学严重影响了它们的能量利用和输出功率。目前,贵金属Pt基化合物和Ir / Ru基氧化物被用作HER、ORR和OER的基准催化剂。在许多应用中,几个反应是串联或可切换的。因此,同一电极上的不同反应需要不同的催化剂。例如,燃料电池和锌空气电池(ZAB)中气体电极的氧化还原反应都需要OER和ORR催化剂。因此,可以促进多个反应的双功能甚至多功能催化剂具有明显的优势,可以简化这些重要应用的催化电极设计和构造。此外,由某种催化剂驱动的若干催化反应有助于探索和合理化不同的反应性中间体和催化活性部位的相互影响,这将进一步促进对反应动力学和催化剂设计的理解。但是,单一贵金属通常不能同时为HER、OER和ORR提供足够的活动。另外,高成本,稀有性和低稳定性限制了它们的工业应用。因此,必须开发对几种重要反应具有高活性和优异稳定性的多功能非贵金属催化剂。目前,整体水分解和锌-空气电池的迫切需求在于开发一种可扩展的方法来构造高效的多功能电极,用于氢气分解反应(HER)、氧气分解反应(OER)和氧气还原反应(ORR)。近日,来自齐鲁工业大学的Liting Yan等人在《Advanced Materials》发表了题为“由MOF衍生的碳纳米管微球超结构和还原的氧化石墨烯片拼接而成的独立式3D异质结构薄膜:用于整体水分解和Zn-空气电池的优质多功能电极”的文章。论文链接:https://doi.org/10.1002/adma.202003313. 在这项工作中,独立的3D异质结构薄膜是由以Ni为中心的金属有机骨架(MOF)/氧化石墨烯合成的。在热解过程中,由MOF形成的1D碳纳米管与2D还原的氧化石墨烯片连接从而缝合3D独立式薄膜。实验和理论计算的结果表明,N掺杂碳壳和Ni纳米颗粒的协同作用是优化薄膜具有优异电催化活性的原因。 HER和OER分别需要95和260 mV的低过电势即可达到10mA cm-2的电流密度。此外,ORR的半波电势为0.875V,与Pt / RuO2相当,在非贵金属催化剂中位居前列。使用“多合一”膜片作为电极可提高自制水电解槽和锌-空气电池的性能,表明该薄膜片在实际应用中具有非常大的潜力。 图1.Ni @ N-HCGHF的制备示意图。 图2.Ni-BTC-HM的a)SEM和b)TEM图像。 c,d)Ni @ N-HCGHF的顶视图和e,f)横截面SEM图像。g)源自MOF的N掺杂碳纳米管空心微球的SEM和h)TEM图像。 i)TEM,j)HRTEM,k)HAADF-STEM图像,以及l)Ni@ N-HCGHF的EDS元素映射 图3.a)XPS光谱,b)Ni @ N-HCGHF的C 1s,c)N 1s和d)Ni 2p XPS光谱。 e)NiK-edge XANES光谱,f)Ni @ N-HCGHF,Ni箔和NiO样品在R空间的EXAFS数据的傅立叶变换。 g)Ni @ N-HCGHF的相应EXAFS拟合曲线。h)N2吸附-解吸等温线,i)合成后的火焰的拉曼光谱。 图4.a)各种样品的HER的LSV曲线。 b)Ni@ N-HCGHF在2000个CV循环之前和之后的HER的LSV曲线。c)EIS奈奎斯特图,和d)各种样品的CV电流密度与扫描速率的关系。 e)在添加KSCN之前和之后的Ni @ N-HCGHF的LSV曲线。 f)OER的LSV曲线。g)Ni @ N-HCGHF在2000个CV循环之前和之后的OER的LSV曲线。 h)各种样品的ORR的LSV曲线。 i)Ni @ N-HCGHF的ORR的LSV曲线在2000 CV循环之前和之后。 图5. a–c)各种催化剂的HER(a),OER(b)和ORR(c)的计算自由能图。 d)整体水分解性能和e)Ni @ N-HCGHF的催化稳定性。 f)锌空气电池图。 g)开路图,h)放电极化曲线和相应的功率密度曲线,以及i)Zn-空气电池的长期稳定性曲线。总之,本文开发了一种简便、有效且通用的MOF辅助策略,以构建灵活、独立的3D CGHF。 MOF衍生的CNT微球超结构可防止rGO聚集并提供较大的表面积,从而产生更多的活性位点。将HMs引入MOF衍生的CNT微球超结构可增强分级孔隙率,并为氮源提供更高的可及性表面。因此,Ni @ N-HCGHF可以直接用作HER、OER和ORR的高效,稳定的多功能电极,HER和OER的E j = 10分别为95和260 mV,ORR的一半为最大电势为0.875V。在ORR和OER中的性能表现优于贵金属催化剂(Pt / RuO2),在非贵金属催化剂中名列前茅。实验和DFT计算结果表明,N-CNT @ rGO异质结构中N掺杂碳壳和Ni NPs的协同作用体现出优异的电催化性能。基于Ni @ NHCGHF电极的使用,自制的电解器和锌空气电池也表现出出色的性能,表明该薄膜在实际应用中具有巨大潜力。受益于MOF衍生的碳纳米管上层结构的影响,这种方法可以为新型3D独立式功能性膜的设计开辟新途径。新开发的策略可控且用途广泛,可以轻松扩展以制备用于高级电化学能量存储和转换的二元和三元混合燃料电池。(文:SSC) 赞 (0) 相关推荐 华科夏宝玉教授Angew:多孔铂合金及缺陷石墨碳协同作用催化ORR 通讯作者:夏宝玉 通讯单位:华中科技大学 催化剂和载体之间强相互作用的集成制造对于实现燃料电池的高效氧电催化至关重要. 基于此,华中科技大学夏宝玉教授课题组报告了一种通过集成工程策略,制备由石墨碳包裹 ... 南开大学Weichao Wang课题组--富含缺陷的氮掺杂石墨烯限制钴纳米粒子用于长寿命的可充电锌空电池 合理设计一种高效且稳定的多功能电催化剂来取代贵金属催化剂是极其需要的,但也极具挑战性.在该研究中,通过热解石墨烯-超分子复合物,合成了富含缺陷的氮掺杂石墨烯封装的金属纳米颗粒.所获得的催化剂显示出优异 ... [Angew] P区原子分散的Sb催化剂用于ORR 通讯作者:焦丽芳教授:方方教授 通讯单位:南开大学化学学院:复旦大学材料科学学院 氧还原反应(ORR)是燃料电池.金属空气电池等电化学储能和转换装置中的重要反应.目前,铂基催化剂仍然是ORR体系 ... 催化剂的电子结构对其ORR性能有重要影响 用XAFS进一步分析了FePc/CoPc HS的电子结构.在Co k边的XANES谱中,FePc/CoPc HS和CoPc近边结构的谱图形状几乎相同,说明Co的配位环境相同,表现出相同的价态+2价(图 ... 韩国全南大学Jong Hun Han课题组--互补的钴镍磷化物/双金属合金散布的N掺杂石墨烯电催化剂用于整体碱性分解 Echinops类双金属CoNiP-CoNi合金由金属有机骨架 (MOF) 合成,可作为析氧反应 (OER) 的有效催化剂,在1 M KOH中,10 mA cm-2 (η10)下具有低的过电势300 ... MOF纳米催化剂多孔材料系列:Au-Zr-MOF/Cu-Ca-MOF/Mn-MOF MOF纳米催化剂多孔材料系列:Au-Zr-MOF/Cu-Ca-MOF/Mn-MOF 金属有机骨架(metal-organic frameworks,MOFs),也叫多孔配位聚合物(porous coo ... 东华大学Jinli Qiao课题组--大规模缺陷工程定制的三掺杂石墨烯作为无金属双功能催化剂用于高效锌空电池氧反应 虽然可控定制无金属碳基催化剂的微观结构,为增强氧电极的双功能性能提供了可行的路径,但由于ORR和OER的动力学缓慢,这仍是一个巨大的挑战.这里,设计了湿法球磨诱导缺陷辅助原位热解策略,制备了N,S和P ... 江西理工大学Tongxiang Liang课题组--探索Ni-N-C掺杂石墨烯体系的氧电极双功能活性 在这项工作中,通过使用密度泛函理论(DFT),探索了镍基催化剂作为ORR和OER催化剂时的反应机制.反应机制涉及到四配位和三配位Ni-N-C构型(石墨烯基底上,Ni-N-C-gra),还探索了OH配体 ... 聊聊山东的大学(一):山大、海大、中石大、山师、齐鲁工大 我们国家的各个省份,如果要按照院士的排名来看,目前为止,江浙排第一.第二,山东排第三.不过,我总觉得过二十年,也许山东能挤进前二. 从历史上来说,山东人一直喜欢读书,毕竟是儒家发源地,孔孟之乡.但近代 ... 愿归来时,你仍健康,你已成长----齐鲁工大能动学院主动应对疫情,指导学生明白健康度过寒假生活 寒假到了,放假是为了让同学们放松,但放松久了,会不会变成放纵? 因为这些担忧,能动学院提前规划了"8+X"寒假超市. 跑60公里,写1.35万字,走访,调研,规划,交流-- 在此基 ... 志愿帮扶、参观学习、跑步,齐鲁工大师生周末郓城交流收获多多 10月25日,齐鲁工业大学师生一行11人来到郓城县,参观考察企业,与郓城县志愿者协会和水浒长跑协会开展交流. 跑步,我们的差距不是一点点 早上5:30,天依旧很黑,水浒长跑协会的跑友们齐聚胜利公园,等 ... 跑向2021,第四届长清大学城迎新年24小时接力马拉松在齐鲁工大举行 点击蓝字关注我们吧! 2020年12月31日至2021年1月1日,"司邦得杯"长清大学城迎新年24小时接力马拉松在齐鲁工业大学顺利举行.自2017年开始,活动已开展四届,已经成为齐 ... 无偿献血,齐鲁工大志愿者有话说-- 原发表于2020-12-15,加注原创,重发 本次献血活动,有100多位志愿者,志愿服务近500小时,活动结束后,志愿者们也表达了他们的心声,一起来听听吧! 许志博(化工20-10): 周三是第一次做 ... 过程感动,结果惊喜!齐鲁工大2020下半年献血量比齐升 2020年校园采血告一段落.过程让人感动,结果令人惊喜! 相关链接: 4天56.74万毫升,齐鲁工业大学无偿献血再创新高! [爱心传递,情暖寒冬]菏泽校区(分院)无偿献血活动圆满结束 温暖在金苑 || ... 浙大高超、徐志康/马里兰大学王春生 Adv. Mater.:突破极限!超浓水系电解质助力高性能水系电池 原创 CQR 材料人 昨天 [背景介绍] 众所周知,水系电解质的使用有效缓解了电池的安全性.成本和环境影响的问题.但是,当前水系电解质的发展主要受限于其狭窄的电化学稳定窗口(约1.23 V)和缺少可与 ... 清华《Adv Mater》:Z构型异质结结构,实现高效率光催化全解水! 内容简介 编辑推荐:本文成功构建了Z构型异质结结构,通过促进光生载流子的有效分离,大大提升了光催化全解水的分离效率.其解水效率是g-C3N4纳米片(g-C3N4 NC)的12.1倍,显著超过了许多报道 ... 南开大学《Adv Mater》:基于MOF的光催化剂实现全解水! 在从化石能源过渡到可再生燃料的过程中,人们对光催化生产太阳能燃料的兴趣很大.通过光催化分解水生产氢,由于其在清洁和可再生能源生产中的潜在应用而受到广泛研究.涉及三个主要过程:光催化水分解过程,包括光收 ...