Ni/RGO复合纳米片的合成及其光热增强电催化水分解性能

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电解水制氢为可再生能源的转换和利用提供了一种有发展前景和绿色环保的途径。发展一种能够有效降低析氢(HER)和析氧反应(OER)过电势并加速水分解的策略,对于提高电解水性能具有重要的意义。电解水性能的提高,除了对催化剂材料的设计和调控外,还与其他影响因素息息相关。研究表明将热能引入电化学系统,能够提高化学反应的熵值和电子转移过程的热力学和动力学,从而改进电化学性能。当前,有许多材料能够将天然的太阳能有效地转化为热能。因此,发展具有光热和水分解性的复合材料,有望利用光热效应来增强电解水性能。本论文提出了一种光热效应驱动策略来增强HER和OER的性能,选择Ni/RGO双功能模型催化剂体系,设计合成了Ni/RGO纳米片材料。在该体系中,Ni纳米颗粒是电解水的活性物质,RGO是光热转化材料。光照后Ni/RGO表面在260秒内迅速升温至50℃。光照后,Ni/RGO的活性得到显著提升,在电流密度为10 m A cm-2下,其HER和OER的过电位分别降低49 m V和50 m V。此外,在12小时的耐久性测试中,性能保持稳定,表明光热驱动电催化活性提高的良好耐久性。光照后,RGO吸收入射光转化为热,加热活性物种Ni纳米颗粒,改善了电催化剂的电导率,促进催化反应的热力学和动力学,来提升电解水性能。另外,Ni/RGO可直接作为阴极和阳极构成双电极全解水系统。光照时,在1.74V的电压下,其电流密度达到10 m A cm-2。考虑到丰富的光热材料,本论文通过与可再生能源太阳能的驱动力的耦合提供了提高电催化性能的新路径。
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