潘原AFM:Ni/Co双原子位点的临近电子效应协同促进电催化氧复原和析氢

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随着传统化石燃料的充足和情况净化的加剧,开辟可继续的、干净的替换动力势在必行。金属-氛围电池和电解水技能因其能量转换服从高、零碳排放等好处,被以为是绿色和可再生动力消费和贮存的要害技能。氧复原反响(ORR)和析氢反响(HER)是金属-氛围电池和电解水的中心反响,但在现有技能中,它们的动力学迟缓,拦阻了能量转换服从的进步。因而,必要得当的电催化剂来低落反响的能垒,促进反响动力学。到现在为止,Pt基催化剂仍旧是最优秀的催化剂,但其本钱高、波动性差、贮存量低严峻限定了其大范围使用。因而,开辟高功能、波动的非贵金属基ORR和HER电催化剂,到达与Pt基催化质料相称乃至更好的程度火烧眉毛[huǒ shāo méi máo]。


中国煤油大学(华东)潘原等人提出了一种Ni/Co双原子位点(DASs)的临近电子效应(PEE),Ni/Co双原子被牢固在 N 掺杂的碳(N-C)上(NiCo DASs/N-C),用于协同促进电催化ORR和HER。
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NiCo DASs/N-C电催化剂在碱性和酸性溶液中体现出优秀的半波电位(0.880和0.754 V),远高于单一金属催化剂Ni SAs/N-C(0.716和0.618 V)和Co SAs/N-C(0.746和0.661 V),在碱性电解质中NiCo DASs/N-C和Co SAs/N-C半波电位的差距,阐明相邻的Ni-N4位点对促进Co-N4位点的ORR动力学有明显的作用。除了优秀的ORR活性外,NiCo DASs/N-C也体现出优秀的HER活性。
与Ni SAs/N-C(579和598 mV)和Co SAs/N-C(587和560mV)相比,NiCo DAS/N-C在碱性和酸性条件下只必要更低的189和260mV 的过电位就能到达10 mA cm-2的电流密度。经过旋转圆盘电极实行,对NiCo DAS/N-C的ORR历程举行了研讨。在比Pt/C催化剂低0.2至0.9 V的电位范畴内,NiCo DASs/N-C的电子转移数为3.9-4,标明NiCo DASs/N-C催化的ORR历程是从O2到H2O的高选择性四电子复原历程。
参加甲醇后NiCo DASs/N-C的绝对电流略有变革,而商用 Pt/C的降落幅度更大,标明NiCo DASs/N-C的甲醇耐受性优于 Pt/C。别的,经过循环伏安测试和计时电位测试还标明NiCo DASs/N-C在碱性和酸性电解质中具有精彩的波动性。
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原位表征后果标明,Co-N4是O2吸附活化历程的次要活性位点,促进了要害*OOH的构成和*OH两头体的脱附,从而减速了多电子反响动力学。实际盘算标明,相邻Ni-N4位点可以无效调治临近Co-N4位点的电子,促进Co-N4位点上的*OH脱赞同*H吸附,从而明显促进ORR和HER历程。本研讨为设计高效的双功效电催化剂提供了引导,具有宽广的使用远景。
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Proximity Electronic Effect of Ni/Co Diatomic Sites for Synergistic Promotion of Electrocatalytic Oxygen Reduction and Hydrogen Evolution, Adv. Funct. Mater.2022, DOI:10.1002/adfm.202210867.
https://doi.org/10.1002/adfm.202210867




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