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發布者:徐繼男發布時間:2021-07-25浏覽次數:14

  近日,梁峰教授聯合遼甯大學熊英教授和吉林大學楊英威教授,開發了一種以葫蘆脲爲碳源的銥摻雜富氮介孔碳材料,用作析氫反應的電催化劑。該催化劑對析氫反應表現出優異的催化性能,在50 mV的過電勢下具有極高的法拉第效率(91.5%92.7%)和優異的周轉頻率(2.10.69 H2 s-1),並且在酸性和堿性條件下達到10 mA cm-2 的電流密度僅分別需要17 mV  33 mV的過電位,遠優于商業Pt/C催化劑(28 mV43 mV)。

  相關工作“Iridium-Doped N-Rich Mesoporous Carbon Electrocatalyst with Synthetic Macrocycles as Carbon Source for Hydrogen Evolution Reaction”發表在材料科學領域自然指數期刊Advanced Functional Materialshttps://doi.org/10.1002/adfm.202105562)。

  氫(H2)憑借高能量密度和零汙染的優點被認爲是最清潔的能源,也是化石燃料的最佳替代者。目前,電解水是一種可行且可持續的綠色制氫方式。但是,電極極化效應導致的巨大能量消耗和反應動力學緩慢等問題極大地阻礙了電解水制氫技術的發展。爲了解決這一問題,許多貴金屬(PtIrRu)被用作電解水催化劑。

  雖然貴金屬的引入有效地提高了電解水制氫的效率,但是成本高、穩定性低等問題依然導致其無法適用于工業生産。大量文獻工作證明,引入碳源前驅體作爲載體可以有效改善催化劑的穩定性和活性。前驅體可以有效地與金屬結合,防止煅燒過程中金屬顆粒的聚集,並且可以調整金屬/碳源的界面處的電子結構和化學鍵能,從而提高電催化劑的性能。因此,引入新型碳源前驅體是改善電解水催化劑性能的有效策略。

  以超分子大環——葫蘆脲作爲碳源前驅體,利用葫蘆脲的高含氮量和超分子自組裝形成的多孔結構,無需額外的氮源和模板,制備所得的催化劑即可具有豐富的氮摻雜和介孔結構。同時葫蘆脲也爲催化劑帶來了豐富的催化活性位點,進一步提高了催化劑的催化活性。此前,我校香濤學者梁峰教授課題組已經發展了葫蘆脲作爲前驅體的“碳-金”雜化材料,表現出優異的過氧化物酶活性(Nanomaterials, https://doi.org/10.3390/nano8050273)。

  這項工作對利用合成大環作爲前驅體、制備用于電化學領域的各種功能性碳材料具有重要的借鑒意義,也進一步拓展了超分子大環化合物在電解水領域的應用。(材冶學院)


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