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Angew：海南大學鄧意達團隊Mo調控非晶態鎳硫硒一體式電極用于大電流密度中性電解水制氫

來源：海南大學      2022-12-13
導讀：近日，海南大學鄧意達教授團隊在Mo調控非晶態鎳硫硒一體式電極用于大電流密度中性電解水制氫中取得研究進展。
電解水制氫具有可再生能源適配性強、氣體純度高、能耗低等優勢，是耦合可再生能源、解決間歇式電力消納難題的重要途徑，對于保障我國能源安全、實現“雙碳”目標具有重要意義。傳統酸性或堿性電解水制氫技術往往會造成催化劑穩定性下降、設備易腐蝕等問題。與此相比，中性電解水制取綠氫具有成本低、環境友好、壽命長等優勢，受到人們廣泛關注。然而，由于中性電解液電導率低導致催化劑的析氧（OER）和析氫（HER）反應熱力學和動力學緩慢，從而使電解水過電位較高，導致制氫成本升高。
為解決上述難題，海南大學鄧意達教授、鄭學榮教授、王楊副教授團隊以高導電性泡沫鎳為集流體，設計開發了一種具有超薄非晶結構的鎳硫硒一體式電極，并在此基礎上進一步通過鉬原子摻雜來定向調控了金屬鎳位點的電子結構，一體式電極在中性電解液中10 mA cm?2高電流密度下的HER和OER過電位僅分別為48 mV和238 mV，全解水電壓為1.52 V，而在1,000 mA cm?2 的高電流密度下其HER和OER過電位僅分別為209mV和514 mV，全解水電壓為1.98 V，并且在穩定運行300 h后其全解水性能幾乎沒有明顯衰減。實驗與理論計算結果表明，本項工作開發的鉬摻雜鎳硫硒非晶結構一體式電極在中性電解液中優異的析氫、析氧雙功能活性和全解水性能主要歸因于：① 一體式電極結構和超薄納米片陣列結構為在中性電解液中開展電解水過程提供了良好的電導特性，提高了催化劑活性位點與電解液的有效接觸比例，提升了催化過程中的電子、活性分子等質荷傳輸動力學；② 鉬原子的引入可以有效增加非晶結構鎳硫硒材料中金屬鎳位點的局域電子態密度，定向調控材料的帶隙結構，降低了催化過程的決速步能壘，提升了催化位點的本征活性。因此，本項工作中一體式電極的合理設計與構筑為其在中性電解液中開展析氫、析氧反應提供了良好的熱力學和動力學條件，進而提升了材料的全解水性能，為設計開發可滿足工業化需求的中性電解水制氫催化劑提供一種可行思路。
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本項工作以海南大學王楊副教授為第一作者，鄧意達教授、鄭學榮教授為共同通訊作者，海南大學為第一通訊單位發表在Angew.Chem.Int.Ed., https://doi.org/10.1002/anie.202215256.

參考資料：https://ha.hainanu.edu.cn/vnew/info/1005/36298.htm


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