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稀土掺杂调控析氢催化剂取得新进展
2017-06-15 15:09   审核人:   (点击: )

电催化分解水产生氢气可以大规模地将可再生能源产生的电能转换为易存储的化学能,其在可再生能源转换和化工生产中有重要作用。使用廉价过渡金属作为电极材料,目前仍存在过电势较高、产氢活性较低等缺点。因此,通过掺杂其它元素,对电极材料的电子结构与表面特性进行调控,提高电催化剂的综合性能,使其能够高效、稳定地产氢是当今催化、材料领域研究的热点之一。

近日,西安交通大学前沿院瞿永泉教授课题组、化工学院常春然副教授课题组与香港城市大学何颂贤副教授课题组合作,通过简单的化学方法在磷化钴中掺杂铈元素,降低其表面氢吸附能、改善表面电荷特性,大幅提高了催化剂的产氢活性。理论计算表明在磷化钴表面掺杂铈元素可以改善活性中心的电子结构,降低磷化钴表面的氢吸附能,减小氢气产生的反应势垒,从而加快催化剂的析氢速率。实验结果也进一步证实,掺杂铈元素的磷化钴相比于未掺杂的磷化钴,具有更多的催化活性位点、更高的转换频率和良好的电荷传输特性,这使得其在酸性和碱性介质中的电催化活性均得到大幅提高,并且能保持良好的稳定性。这种通过引入稀土元素改善电催化剂产氢活性的方法,对于认识稀土元素对其它过渡金属催化剂的影响,进而提高电催化剂活性有重要借鉴意义。

以上研究结果以论文形式于6月3日发表在国际知名期刊Nano Energy(影响因子11.553)上,论文题目为“Modulating electronic structure of CoP electrocatalysts towards enhanced hydrogen evolution by Ce chemical doping in both acidic and basic media”。西安交大前沿院与香港城市大学物理与材料系联合培养博士生高唯、西安交大化工学院硕士生闫明为本论文的共同第一作者,西安交大前沿院、化工学院以及香港城市大学物理与材料系为本文的通讯作者单位。文章链接为http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285517303555。

该项研究工作得到了国家“青年千人”项目、国家自然科学基金(21603170, 51672229)、国家重大研究计划(91645203)、香港环境与自然保育基金(ECF 2016-85)、香港城大研究基金(CityU 11213115)、香港主题研究计划(T42-103/16-N)和深圳市科技创新委员会(JCYJ20160229165240684)的支持。

瞿永泉教授课题组目前的研究领域为多尺度材料在催化领域中的应用,包括高温催化、光催化、纳米有机催化与电催化(OER和HER)。

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