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費慧龍/葉龔蘭/董俊才AM: 單原子Co-N-C位點排列多孔碳膜用于高電流密度HER

金屬-氮摻雜的碳(M-N-C)材料作為一類獨特的單原子催化劑(SACs)，可以替代Pt用于電催化析氫反應(yīng)(HER)。然而，將其用于高電流密度下HER仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

湖南大學(xué)費慧龍、葉龔蘭和中國科學(xué)院董俊才等報道了一種具有單原子Co-N-C位點排列的多孔碳膜，其能夠在高電流密度下高效穩(wěn)定電催化HER。

多孔碳膜中Co-N-C位點具有接近零起始電位的高內(nèi)在活性和小的電荷轉(zhuǎn)移電阻，原子級 CoN_x位點提供高本征活性以增強HER動力學(xué)。而具有垂直排列微通道的碳骨架的多尺度孔隙率在高產(chǎn)率和超厚電極的條件下提供了更快的傳質(zhì)。

此外，超親水性使薄膜在浸入水溶液時能夠被電解質(zhì)自發(fā)潤濕，而超疏氣性使薄膜對氣泡的附著力低，有利于快速、自發(fā)地去除小尺寸的H₂氣泡。

綜上，在500 mA cm^-2和1000 mA cm^-2的高電流密度下，Co-NC-AF作為HER電極在0.5 M H₂SO₄中的過電位分別為272 mV和343 mV，并且可以在1000 mA cm^-2的高電流密度和靜態(tài)條件下(沒有強制對流)連續(xù)運行至少32小時。

該項工作中提出的合成方法和設(shè)計原理可以推動基于多孔膜的M-N-C催化劑在重要的涉及氣體的電催化過程中的探索，并向 SAC的實際應(yīng)用邁出了重要的一步。

Design of aligned porous carbon films with single-atom Co-N-C sites for high-current-density hydrogen generation. Advanced Materials, 2021. DOI: 10.1002/adma.202103533

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原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2021/08/28/28cec19123/

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