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碱式碳酸CoMn电解水

     关于严重环境污染和快速化石燃料消耗日益增加的关切,有必要开发可再生能源和可持续能源。 分解成氧气和氢气的电解水是其最有前景和最具竞争力的解决方案之一,因为它具有无碳排放的巨大优势。 然而,氢析出反应(HER)和析氧反应(OER)的大的超电势极大地限制了整体水分解的实际应用。 因此必须开发高活性的电催化剂。 目前,用于HER的最先进的电催化剂是基于Pt的材料,对于OER是基于Ir或Ru的氧化物。 但高成本,稀缺性和耐用性不足限制了其实用性。 为了克服这些缺点,非常希望设计具有成本效益的地球丰富的水电解催化剂。



     中科院的研究者在泡沫镍NF上生长一层碱式碳酸CoMn CoMnCH)纳米片阵列,Mn的掺杂可以调控COCH的形貌,同时大幅提高电催化活性位点和催化活性,使得该材料在OER反应中具有较好的活性,30mA/cm2过电势为284mV,并且得益于泡沫镍的3D结构提升传质和电子传输效率使得其电流密度1000mA/cm2时仅需462mV此外该碱式碳酸盐材料在对于HER也有可观活性,10mA/cm2时过电势为180mV。该材料同时作为电解水阳极和阴极时电流为10mA/cm2的电压为1.68V


     通过简便的一步水热法在镍泡沫上制备具有可控形态和组成的Co-Mn碳酸氢盐(CoMnCH)纳米片。系统实验证明Mn引入可以显着有利地调节CoCH的形态,ECSA和电子结构。最优的Co1Mn1CH可以作为HER和OER的一种新型高效耐用的双功能电催化剂。对于OER,在50mA cm-2处的322mV的超小电势和1000mA cm -2处的462mV优于所有报道的金属碳酸盐氢氧化物。在1M KOH中,HER在10mA cm-2下的180mV的小超电势首先表明这样的金属碳酸盐氢氧化物也可以作为HER电极。结果,使用Co1Mn1CH作为阳极和阴极的双电极电解器证明了用于在10mA cm -2下仅具有1.68V的电池电压的有效且稳定的总体水分离的实用设置。在实验结果和理论分析的基础上,Co1Mn1CH对总体水分解的令人印象深刻的催化性能可归因于以下几个特征:(i)由于Mn掺杂而导致垂直和非聚集的纳米片阵列结构,大量可及的活性位点; (ii)通过Mn掺杂的电子调制增强活性位点的内在活性;和(iii)有效的电子和质量传递以及气体释放和从2D导体基板上的2D活性纳米片与开放框架的紧密接触的结构释放和释放。这些发现可以通过金属中心调制来激发新的具有成本效益的双功能电极的设计和探索,以实现水电解的实际扩展。


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       Electronic and Morphological Dual Modulation of Cobalt Carbonate Hydroxides by Mn Doping toward High

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