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我院许杰特聘教授在国际顶级期刊Energy & Environmental Science上发表学术论文

添加时间:2023年11月06日 浏览:

 

氢能是一种理想的清洁新能源,具有多用途、高能量密度和零排放等优点。在电化学反应中,氢的利用和生产通常通过两种基本反应实现,即氢氧化/析氢反应(HOR/HER)。前者主要发生在燃料电池的阳极上,将化学能转化为电能,而后者是电解水将电能转化为化学能的核心过程之一。碱性燃料电池和水电解槽比酸性条件下更具成本效益优势和商业化潜力。目前,Pt及其合金是电催化HOR/HER的常见的商业催化剂,但是,在碱性条件下,这些贵金属的催化活性比酸性条件下要低2-3个数量级。因此,开发出高活性的HOR/HER电催化剂是实现碱性燃料电池及电解水商业化的关键因素之一。在寻找合适的HOR/HER电催化剂时,需要同时考虑优化氢结合能(HBE羟基结合能(OHBE,值得注意的是,金属Ir是一种很有希望的候选物,但是在碱性电催化 HOR中,单质Ir表现出比Pt更低的活性,而且由于表面氧化,它在超过0.4 V的电位区间后就显著失活。另外,金属Ni作为常见的电催化HOR非贵金属,也成为我们开发低成本碱性HOR催化剂的潜在者,我们预计其与金属Ir结合,可以增强OHBE,从而加速碱性溶液中的电催化HOR/HER

 

   在此,本文设计并通过溶剂热法制备出一种Ni核、NiIr合金为壳的电催化剂(Ni@IrNi)。最佳Ni@IrNi催化剂的HOR质量活性是Ir/CPt/C商业催化剂的4~6倍,优于其他贵金属基电催化剂。更重要得是,首次观察到Ir基电催化剂的HOR工作电位窗口可以宽达1V, 这是其它Ir材料无法实现的。此外,催化剂还表现出优异的碱性电催化HER活性。理论计算表明表面合金化过程中显著的电子效应促进平衡了HOH吸附,从而促进了碱性HOR/HER。由于该催化剂具有前所未有的活性和极低的贵金属Ir用量作者认为该催化剂在碱性燃料电池或水电解槽中具有潜在的应用前景。

 

该研究以“Prominent electronic effect in iridium-alloy-skinned nickel nanoparticles boosts alkaline hydrogen electrocatalysis”为题发表在国际顶级学术期刊《Energy & Environmental Science》,最新影响因子为32.5。我院许杰教授为该论文第一作者,苏州大学李彦光教授等为通讯作者,相关工作受到国家自然科学基金资助。

 

 

【文章链接】

“Prominent electronic effect in iridium-alloy-skinned nickel nanoparticles boosts alkaline hydrogen electrocatalysis.  https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/ee/d3ee02382f.