国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

研究背景

隨著全球能源需求的增加和氣候變化的壓力，開發(fā)可持續(xù)和清潔能源顯得尤為重要。綠色氫氣的生產通過水電解被認為是解決這一問題的有效途徑之一。特別是陰離子交換膜水電解，因其具備成本效益和與可再生能源兼容的優(yōu)勢，成為一種有前景的技術。然而，海水電解作為一種利用地球上豐富海水資源進行氫氣生產的方法，面臨著一些挑戰(zhàn)。因此，開發(fā)高效且穩(wěn)定的OER催化劑成為提升電解效率和降低能量消耗的關鍵。

成果簡介

基于此，黑龍江大學付宏剛教授與閆海靜副教授等人通過將MXene（Ti?C?）與NiFe硫化物結合，利用MXene作為支持材料來增強NiFe硫化物的催化性能、穩(wěn)定性和耐腐蝕能力。這種材料的協(xié)同作用有望解決現(xiàn)有催化劑在海水電解中的性能瓶頸，為大規(guī)模綠色氫氣生產提供更加可靠的解決方案。該研究以“MXene-Assisted NiFe sulfides for high-performance anion exchange membrane seawater electrolysis”為題，發(fā)表在《Nature Communications》期刊上。

作者簡介

閆海靜，黑龍江大學副教授，2017年7月進入黑龍江大學化學化工與材料學院工作，加入功能無機材料化學教育部重點實驗室科研團隊。主要從事小尺寸過渡金屬碳（氮、磷）化物的結構調控及電催化應用研究，開發(fā)基于基團相互作用原理可控構建小尺寸氮（磷）化物的方法。近五年來，在國際材料和能源領域一流刊物Nat. Commun.、Angew. Chem. In. Ed.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、J. Mater. Chem. A，Chem. Commum.?和Nano Res.等發(fā)表研究論文。

付宏剛，黑龍江大學教授、博士生導師，教育部長江學者獎勵計劃特聘教授，首批“國家萬人計劃”百千萬工程領軍人才，新世紀百千萬人才工程國家級人選，黑龍江省龍江學者獎勵計劃特聘教授，功能無機材料化學省部共建教育部重點實驗室主任。英國皇家化學會會士（2019.7-至今），RSC重要期刊EES Catalysis副主編。主持及承擔國家自然科學基金重點項目、科技部重點研發(fā)計劃項目等國家級項目20余項。作為通訊作者在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Nat. Commun.等重要期刊發(fā)表學術論文。

研究亮點

1、新穎的催化劑設計：提出了一種新型的電催化劑，通過將MXene（Ti₃C₂）與NiFe硫化物結合，開發(fā)了(Ni,Fe)S₂@Ti₃C₂復合催化劑。利用了MXene的高導電性和豐富的表面功能基團，有效增強了NiFe硫化物的電催化性能和穩(wěn)定性。

2、改善OER性能：通過Ti₃C₂的引入，(Ni,Fe)S₂@Ti₃C₂催化劑能夠有效觸發(fā)晶格氧氧化機制（LOM），從而提高了OER活性。該催化劑在低電壓下便能達到較高的電流密度，顯著提升了OER的效率。

3、優(yōu)異的穩(wěn)定性和耐腐蝕性：該催化劑在長期使用過程中表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性，經(jīng)過1000小時的測試，性能幾乎無衰退。此外，在含氯環(huán)境下，(Ni,Fe)S₂@Ti₃C₂的抗腐蝕性明顯優(yōu)于常規(guī)催化劑（如RuO₂）。

圖1 (Ni,Fe)S₂@Ti₃C₂的材料合成與結構表征

圖1展示了(Ni,Fe)S₂@Ti₃C₂的納米片結構，特別是其垂直交織的陣列結構。這種結構有助于提供更多的活性位點，提升催化效率，并增加電解液的滲透性，從而加速電解反應。XPS結果表明Ti₃C₂基底與(Ni,Fe)S₂之間存在較強的電子耦合，尤其是Ti-O-Fe鍵的存在，這種較強的鍵合作用有助于穩(wěn)定Fe離子，防止其在氧化還原反應中的溶解，從而提高催化劑的穩(wěn)定性。

圖2 電催化OER性能

圖2展示了(Ni,Fe)S₂@Ti₃C₂作為一種催化劑，表現(xiàn)出了優(yōu)異的催化活性、快速的電催化反應動力學、低電荷轉移電阻以及極佳的長期穩(wěn)定性，優(yōu)于多種常見催化劑。與其他常見的析氧反應催化劑（例如RuO₂）相比，(Ni,Fe)S₂@Ti₃C₂表現(xiàn)出更低的過電位，證明其具有更高的催化活性。與(Ni,Fe)S₂相比，(Ni,Fe)S₂@Ti₃C₂在長期測試中的表現(xiàn)更為穩(wěn)定，顯示出其較強的耐久性和穩(wěn)定性。這使得它成為析氧反應中非常有前景的電催化材料。

圖3 OER性能和氯離子抗腐蝕性的來源

圖3展示了(Ni,Fe)S₂@Ti₃C₂催化劑在OER中的性能，特別是在抗腐蝕性和長期穩(wěn)定性方面的表現(xiàn)，重點通過電化學阻抗譜（EIS）、原位XPS分析和金屬溶解監(jiān)測來解釋其優(yōu)異的催化性能和抗腐蝕特性。Ti₃C₂基底不僅提升了催化劑的催化活性，還通過強電子耦合增強了Fe的穩(wěn)定性，并有效抑制了氯離子引發(fā)的腐蝕，使該催化劑在海水電解和其他工業(yè)應用中具有更高的耐用性。

圖4 反應機制

圖4展示了通過一系列實驗和計算揭示了(Ni,Fe)S₂@Ti₃C₂催化劑在OER中的反應機制，并確認了其通過晶格氧氧化機制（LOM）進行OER，而(Ni,Fe)S₂則通過氫氧根離子氧化機制（AEM）。此外，(Ni,Fe)S₂@Ti₃C₂表現(xiàn)出更好的抗氯腐蝕性，Ti₃C₂基底顯著降低了氯離子的吸附能力，有效增強了催化劑的耐久性。這使得該催化劑在海水電解等實際應用中具有較強的穩(wěn)定性和耐腐蝕性。

圖5 電解池性能

圖5展示了使用(Ni,Fe)S₂@Ti₃C₂陽極和Raney Ni陰極的雙電極電解池在不同條件下的性能評估。該催化劑不僅在較低的電壓下即可實現(xiàn)較高的電流密度，還具有較高的氫氣生產效率，表現(xiàn)出較好的耐腐蝕性，尤其是在海水電解條件下。這使得(Ni,Fe)S₂@Ti₃C₂成為未來綠色氫氣生產技術中非常有前景的催化材料。此外，該電解池能夠通過太陽能電池進行驅動，展示了在綠色能源系統(tǒng)中的應用前景。

總結展望

本研究提出的(Ni,Fe)S₂@Ti₃C₂催化劑不僅具有高效的OER性能，而且在長期運行中的穩(wěn)定性和抗氯腐蝕性優(yōu)異。這使得它成為一種理想的電催化材料，特別適用于海水電解和綠色氫氣生產等工業(yè)應用。此外，通過優(yōu)化催化劑的合成方法和反應機制，本研究為解決過渡金屬催化劑在海水電解中因金屬溶解和氯腐蝕導致的性能下降問題提供了新的解決方案。

文獻信息

MXene-Assisted NiFe sulfides for high-performance anion exchange membrane seawater electrolysis. Nature Communications.

原創(chuàng)文章，作者：zhan1，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2025/02/08/3f7203447c/

国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

OER電催化! 黑大「長江學者」，最新Nature子刊！

相關推薦

OER電催化! 黑大「長江學者」，最新Nature子刊！