ZIF-67衍生磷化钴催化剂的制备及其全解水性能研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tgb567_2008
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在全球气候变暖和能源危机的大背景下,开发安全、绿色和可持续的能源技术迫在眉睫。电解水制氢是有效解决上述问题最有效的方法之一。然而,由于电解水反应的特性决定了其需要高效的贵金属催化剂才能够实现,如用于析氢反应(HER)的铂基催化剂和析氧反应(OER)的二氧化钌和二氧化铱催化剂。考虑到这些贵金属的高价格和稀缺性,开发高效、稳定的非贵金属催化剂吸引了广泛的研究兴趣。设计制备对HER和OER反应都非常高效而且价格低廉的双功能电催化剂是实现电解水应用的关键。非贵金属双功能电催化剂是水电解的理想催化剂。然而,在同一环境下使用单一催化剂同时获得高效OER和HER性能仍然是一个挑战。在本论文中,我们发展了一种简单的材料制备新策略,以金属有机骨架材料(MOFs)为前驱体将二维(2D)/零维(0D)Co P整合到同一MOF衍生的空心氮掺杂碳纳米管组装多面体中。独特的2D结构赋予了所合成的纳米复合材料更多的活性位点和更大的活性比表面;而中空的内部结构更有利于电荷和物质传递。不同形态的磷化钴与氮掺杂碳纳米管的协同作用可以增强电子的传输能力,具有较高的活性位密度和良好的导电性。因此,Co P/HNCNP@2D可以作为高效的电解水双功能催化剂,表现出良好的OER和HER活性,在1.0 M KOH中达到电流密度10 m A cm-2时对OER的过电位为仅220 m V,对HER的过电位为173 m V。以Co P/HNCNP@2D Co P作为阳极和阴极催化剂构建的电解水装置具有良好的活性,仅需要1.59 V的过电位即可达到催化电流密度为10 m A cm-2。本研究工作将不同维度的同一金属磷化物通过简单的制备方式整合,不仅制备出了一种低成本而且高效的具有应用前景的电解水催化剂,而且为设计合成分层结构的纳米材料和探索MOF衍生材料在电催化方面的应用提供新的参考和借鉴,从而应用于各种先进的能量转换领域。
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