ChemSusChem:三维框架上组装生长Cu-Co-Se双金属纳米管阵列及其水分解性能研究

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太原理工大学王孝广/李晋平教授团队在ChemSusChem期刊发文,报道了利用两步水热法合成高性能双功能Cu-Co-Se纳米管电催化剂用于全水解。作者通过实验和密度泛函理论计算(DFT)相结合,证实了相邻双金属之间的电子交换以及Cu、Co和Se原子间协同耦合对催化性能的促进作用。

随着化石能源的加剧消耗和由此带来的严峻环境问题,寻找理想的可再生能源已迫在眉睫。氢气因其高能量密度和环境友好被认为是一种很有前景的化石能源的替代燃料,特别是利用来自清洁可持续的风能和太阳能产生的绿电,通过电解水制取的高纯度绿氢。目前电解水过程的主要瓶颈问题是能耗过高,实际生产中阴阳极间(阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER))电压接近或超过2V,远高于水的理论分解电压1.23V,开发高效的电催化剂及相关电极材料降低阴极析氢和阳极析氧反应过电位是降低电解水能耗的关键。 


鉴于此,太原理工大学王孝广/李晋平教授团队采用简单的两步水热法在泡沫铜三维框架表面自组装制备了Cu-Co-Se杂化纳米管阵列电极。研究发现,Cu-Co-Se纳米管阵列电极仅需152 mV过电位即可驱动产生10 mA cm-2析氢电流密度,驱动产生50 mA cm-2析氧电流仅需332 mV过电位。在碱性电解槽中,以Cu-Co-Se纳米管阵列电极同时作为阳极和阴极,在槽电压仅为1.65 V时,水分解电流密度可达10 mA cm-2。纳米管状结构电极显著增加了电化学活性位点数目,促进了气泡的成核、生长、合并及脱附析出,增强了电解质在整个电极空间内的输运能力,促进了传质性能。此外,DFT理论计算证明了Cu1.8Se和CoSe2杂化在HER和OER中的积极作用。这些结果表明,Cu-Co-Se纳米管阵列电极作为一种高效的非贵金属电催化剂在制氢技术中具有广阔的应用前景。

论文信息:

Bimetallic Cu?Co?Se Nanotube Arrays Assembled on 3D Framework: an Efficient Bifunctional Electrocatalyst for Overall Water Splitting

Dr. Zizai Ma,Xundi Gu,Prof. Guang Liu,Prof. Qiang Zhao,Prof. Jinping Li,Prof. Xiaoguang Wang


ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202101771


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