面向全分解水产氢的非贵金属多孔双功能电催化剂的制备策略

利用各类有机质成分在高温下热解分解产生的大量气体,能够有效的将各类多孔结构引入到最后形成的材料体系中,这其中的典型代表是金属有机框架材料(MOFs)和普鲁士蓝材料(PBA)。利用有机酸-碱聚合碳化的策略也能够制备高比表面的多孔碳基材料,其中丰富的有机官能团能均匀络合过渡金属离子,从而高温处理配位过渡金属离子的类聚合物可直接得到原位高分散负载金属纳米颗粒的多孔碳复合材料。这类热分解策略制备过程简单,容易放大生产,但是热解过程的不可控使得对这类材料的微观形貌调控富有挑战性。

电化学沉积策略

利用电能,在特定的电势下能够将金属离子等沉积到电极表面,从而获得特定组成的电极材料。在沉积过程中形成的纳米颗粒的无序堆积能够形成微观多孔结构;此外,沉积过程中电极表面发生的气体逸出也方便了沉积过程中对产物的微观形貌调控,从而实现多孔结构的构造。但是,这类电沉积过程也是无序的控制过程,因此,这类策略获得催化剂的形貌也很难进行精细的调控。并且,这类电沉积策略往往只能获得金属氧化物、氢氧化物、磷化物、硫化物等催化剂,其它类型的催化剂很难通过电沉积过程获得。

模板辅助策略

水热生长策略

借助水热条件能够实现无机金属盐的快速成核和聚集生长,从而获得具有特定微观形貌的催化剂材料。通过调节反应条件(表面活性剂种类、温度、湿度、pH等)调变反应环境能够实现对水热产物形貌和孔结构的精细调控。并且,利用水热环境营造的高温、高压环境,通过加入特定的化学组分,能够实现金属磷化物、硫化物、硒化物等类型多孔材料的一步制备,这是水热生长策略最具优势的特点。将水热生长策略和其它无机合成策略相结合能够进一步丰富多孔材料在电解水产氢领域的应用。

湿化学刻蚀生长策略

水热环境条件下,除了能够实现生长过程,也能够发生阳离子交换过程,酸/碱刻蚀生长,硫化过程,以及氧化刻蚀生长反应等,这些特殊的湿化学刻蚀生长过程能够有效的实现金属基底材料,如镍网、钴网和铁板等,表面多孔材料的制备。例如,利用阴离子S2-等,在水热环境下能够直接在镍网表面获得硫化镍纳米片或者纳米纤维等。这类湿化学刻蚀生长策略进一步丰富的传统水热生长过程,但是这类合成策略也局限于只能够获得特定的过渡金属材料,因此,仍需要进一步丰富和发展这类合成手段以获得更多类型的多孔材料。

总结与展望

1

详细理解催化剂的活性位点,对界面和内部活性位点的差异进行详细探究,对不同组分之间的协同效应有明确的认识,从而借助不同的合成策略实现活性位点的最优分布。

2

构建多级孔结构,有效促进传质过程,提供更多反应活性位点,这就需要将不同的合成策略进行有效的整合,实现多孔结构和微观形貌的有效可控调控。

3

通过原位表征手段探究不同的活性位点在多步的氢析出和氧析出过程中的不同功能和作用,阐明反应机理,有助于高效电解水产氢催化剂的理性设计。

THE END
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5.纳米人相比于OER活性较高的贵金属催化剂,非贵金属电催化剂更受青睐。尽管如此,如何提高非贵金属催化剂上OER的活性及稳定性仍极具挑战。MOFs材料自发明以来,被广泛用于研究气体储存与分离、药物疏松、催化等,在电催化领域也有较多应用。大部分MOFs自身导电性能与电催化性能均较差,但通过金属电极调控、氢氧化物配体配合、晶格http://m.nanoer.net/main/view?classid=32&id=12958
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7.张强&李博权Chem.Soc.Rev.综述:非贵金属双功能ORR/OER电催化剂根据非贵金属基双功能OER/ORR电催化剂的设计原理和功能成分,本文系统地总结了这类催化剂的最新研究进展。具体地说,单组分和复合双功能电催化剂都有各自的优点,在电催化剂体系的基础上强调了本征活性调节和活性位点的整合(图 1)。双功能电催化剂的电催化性能,可以用线性扫描伏安法(LSV)曲线记录到的ORR活性(E1/2http://www.sztspi.com/archives/214349.html
8.化学所在新型低成本非贵金属电解水催化剂研究方面取得系列进展在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下,中科院化学所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室胡劲松课题组致力于高性能非贵金属电催化剂的设计、可控构筑与催化机制研究。他们近年在非贵金属电解水催化剂高本征活性位点的设计与调控、高密度高活性有效催化位点的设计与可控构筑、基元反应导向的高活性位点组合设计、https://www.nsfc.gov.cn/csc/20340/20343/38599/index.html
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10.科学网—CarbonEnergy:石墨烯负载的非贵金属电催化剂在析氢反应广西大学沈培康教授分析了石墨烯负载的非贵金属电催化剂在析氢反应(HER)中的应用。 文章首先介绍了HER反应路径及电化学评估参数,如过电位,电化学阻抗、Tafel斜率等;随后介绍了石墨烯负载的非贵金属催化剂在HER中的研究进展,如硫化物、碳化物、硒化物,氮化物等;最后,作者对其发展进行了总结和展望。 https://wap.sciencenet.cn/blog-3424837-1213602.html