化學(xué)化工學(xué)院李新昊課題組研究在制備高效Mott–Schottky全水解催化劑取得新突破
化學(xué)化工學(xué)院李新昊課題組研究在制備高效Mott–Schottky全水解催化劑取得新突破
2017-03-02
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????近日，上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的李新昊課題組在國(guó)際著名能源材料雜志《Advanced Energy Materials》上發(fā)表題為“Janus Co/CoP Nanoparticles as Efficient Mott-Schottky Electrocatalysts for Overall Water Splitting in Wide pH Range”的研究論文。“材料人”微信公眾號(hào)也對(duì)這項(xiàng)工作進(jìn)行過(guò)報(bào)道。（https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5ODcyMzk0Mg==&mid=2651047508&idx=6&sn=58c4cda0f4762df10362d09265cca8fd&chksm=bd310e5d8a46874b8e1e5dff9363cb9f2d01ba3cd5171e2c39b2772df48210b5eb46782fa5f4&mpshare=1&scene=1&srcid=0302C8obQlq64cv12O57u7oU&pass_ticket=WAAZQAILYfJpz0lSdfMjrjFbK64SyUhPd7iYdlSNMuRBYJHhJFHD1Olb52pyLbRd#rd）
????電化學(xué)水裂解反應(yīng)，包括析氫反應(yīng)（HER）和析氧反應(yīng)（OER）。為生產(chǎn)高純氫氣作為可持續(xù)能源提供了可行的方法。研究的核心問(wèn)題是開(kāi)發(fā)高效的電催化劑，借以降低電解水產(chǎn)氫和產(chǎn)氧的過(guò)電勢(shì)。傳統(tǒng)的貴金屬（如Pt，Rh，Ir）和貴金屬氧化物（如IrO2，RuO2）催化劑雖然具有較高的HER和OER催化活性，但稀缺性和高成本限制了它們的大規(guī)模應(yīng)用，利用非貴金屬制備高催化效能、低成本的電解水催化材料因此成為了該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。研究者們已經(jīng)為酸性電解質(zhì)中的HER和堿性電解質(zhì)中的OER設(shè)計(jì)了很多具有潛在應(yīng)用價(jià)值的非貴金屬電催化劑。但是，HER和OER通常發(fā)生在同一電解質(zhì)中，研究可以同時(shí)催化HER和OER，且適用于多種電解質(zhì)（酸性、中性、堿性）的雙功能非貴金屬催化劑是電解水制氫最新的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
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????在該研究中，研究人員通過(guò)真空擴(kuò)散法控制碳包覆的Co納米顆粒的磷化程度，構(gòu)筑了一種在寬pH下適用于全水解反應(yīng)的雙功能電催化劑。這種新型的電催化劑具有一種“兩面神（Janus）”金屬/半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中Co充當(dāng)“金屬面”，而CoP充當(dāng)“半導(dǎo)體面”。得益于Mott–Schottky效應(yīng)，電子在金屬/半導(dǎo)體界面可以高效傳輸，因此一方面提高了“Co”的HER活性，另一方面提高了“CoP”的OER活性。結(jié)果表明，在相同催化條件下（堿性為例），Mott–Schottky型Co/CoP電催化劑的HER和OER電流密度分別是金屬催化劑的4.8和7.9倍。更重要的是，雙功能Co/CoP電催化劑在全水解反應(yīng)中具有很好的穩(wěn)定性。
????本研究顯示，除了這些基于過(guò)渡金屬納米復(fù)合物的電催化劑的官能化和偶聯(lián)之外，擴(kuò)展這些電催化劑與電解質(zhì)類(lèi)型的相容性，從而應(yīng)對(duì)不同的電解環(huán)境，也已經(jīng)成為電催化領(lǐng)域中重要的研究課題之一。這項(xiàng)研究開(kāi)辟了一個(gè)制備電催化劑的新途徑，不僅使得制備價(jià)格低廉且穩(wěn)定的產(chǎn)氫電極材料成為一種可能，而且可以拓展到光催化、燃料電池和有機(jī)合成的等研究領(lǐng)域。
撰稿：趙喜安 薛中華
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論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201602355/full
（Adv. Energy Mater，2017，DOI: 10.1002/aenm.201602355）
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