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OER和HER的定义
郑州大学的岳新政、易莎莎、刘仲毅等研究者通过对生长在碳布上的二硫化铼(ReS2)纳米片置于氮氢混合气氛围中进行处理,发现在一定的温度和时间下纳米片中的晶体会产生一定的硫缺陷,从而增加大量的活性位点,有效地提高HER和OER性能。
在此,波多黎各大学里约彼德拉斯分校的陈中方教授,中南大学化学化工学院、化学电源湖南省重点实验室的李文章、李洁教授共同报道了一种自发气体发泡方法,通过简单地热解柠檬酸和NH4Cl的混合物来制备氮掺杂的超薄碳纳米片(NCN)。在优化了热解温度(1000 ℃ 碳化)和前体质量比(1:1)后,合成的NCN-1000-5(5代表前驱体中氯化铵的质量是5 g)样品具有超薄片状结构,超高比表面积(1793 m2 g-1)和丰富的边缘缺陷,对ORR,OER和HER表现出低的过电位和优异的稳定性。通过密度泛函理论(DFT)计算,可以发现ORR,OER和HER的内在活性位点是位于扶手椅型边缘并且与石墨N原子掺杂剂相邻的碳原子。当用作实际可充电锌空气电池的催化剂时,NCN-1000-5在10 mA cm-2处获得高能量密度(806 Wh kg-1),低充电/放电电压间隙(0.77 V)和超长循环寿命(超过330 h)。相关文献“Defect-rich and ultrathin N doped carbon nanosheets as advanced trifunctional metal-free electrocatalysts for ORR, OER and HER”发表在Energy Environmental Science上。
研究亮点
(1)柠檬酸和NH4Cl为原料,采用自发气发泡法制备具有大量缺陷和超高比表面积的氮掺杂超薄碳纳米片。
(2)这种超薄纳米片具有出色的ORR,OER和HER三功能电催化活性以及和优异的长期稳定性,DFT计算表明,位于扶手椅边缘并与石墨N掺杂剂相邻的碳原子是ORR,OER和HER的最活跃位点。
(3)使用NCN-1000-5作为阴极催化剂的可充电锌空气电池显示出高的能量密度,低充电/放电电压间隙,循环稳定性和超强可逆性。
贵金属催化剂的介绍
贵金属催化剂(precious metal catalyst)一种能改变化学反应速度而本身又不参与反应最终产物的贵金属材料。几乎所有的贵金属都可用作催化剂,但常用的是铂、钯、铑、银、钌等,其中尤以铂、铑应用最广。它们的d电子轨道都未填满,表面易吸附反应物,且强度适中,利于形成中间“活性化合物”,具有较高的催化活性,同时还具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等综合优良特性,成为最重要的催化剂材料。
电催化析氢反应,氢原子在金属表面吸附时的位点分为top,bridge,hollow,这三个位点的定义是什么啊?
电催化剂析氢反应的简写是HER。是指通过电化学的方法使用催化剂产生氢气。能源和环境是人类社会可持续发展涉及的最主要问题。全球80%的能量需求来源于化石燃料,这最终必将导致化石燃料的枯竭,而其使用也将导致严重的环境污染。从化石燃料逐步转向利用可持续发展无污染的非化石能源是发展的必然趋势。氢是理想的清洁能源之一也是重要的化工原料,受到世界各国广泛的重视。电解水制氢是实现工业化、廉价制备氢气的重要手段。
对于析氢电催化反应,最早进行这方面探索的人是Kita,他曾把过渡金属电极材料的析氢反应交换电流密度I与电极材料元素的原子序数联系起来,发现各种金属的lgI值基本上是原子序数的周期函数。Engel Brewer价键理论指出,d轨道未充满或半充满的过渡系左边的金属(如Fe、Co、Ni)同具有成对的但在纯金属中不适合成健的d电子的过渡系右边的金属(如W、Mo、La、Ha、Zr)熔成合金时,对析氢反应产生非常明显的电催化协同作用。
过渡金属具有未成对的d电子和未充满的d轨道,具有良好的催化活性;电催化反应的速度取决于吸附作用的能量;金属晶格能影响析氢电催化活性。这对析氢电催化剂的选择和设计具有重要的指导意义 [2] 。
发布于 2022-07-04 02:35:32 回复
发布于 2022-07-04 07:28:51 回复