編號(hào)：NMJS08242
篇名：(Co,Ni)Se2/C@FeOOH中空籠狀納米結(jié)構(gòu)的自旋調(diào)控加速水氧化催化研究
作者：谷雨 王曉蕾 Muhammad Humayun 李林峰 孫華傳 許雪飛 薛新英 Aziz Habibi-Yangjeh Kristiaan Temst 王春棟
關(guān)鍵詞： 自旋工程 d-軌道電子 中空籠狀納米結(jié)構(gòu) 羥基氧化鐵 析氧反應(yīng)
機(jī)構(gòu)： 華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京工業(yè)大學(xué)理學(xué)部物理與光電學(xué)院 石河子大學(xué)理學(xué)院物理系 莫哈格·阿達(dá)比里大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系 魯汶大學(xué)物理和
摘要： 氫氣作為一種清潔無(wú)污染的可再生能源,可以有效地解決全球能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題.低能耗水裂解制氫是公認(rèn)的未來(lái)清潔制氫的有效途徑之一.水裂解反應(yīng)分為陽(yáng)極上發(fā)生的析氧反應(yīng)(OER)和陰極上發(fā)生的析氫反應(yīng),由于陽(yáng)極半反應(yīng)涉及四電子過(guò)程,反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢,進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)水分解產(chǎn)氫效率低下,成為規(guī)�；呀庵茪鋺�(yīng)用的瓶頸.貴金屬I(mǎi)r基和Ru基催化劑具有較好的OER催化性能,但其價(jià)格高昂和低儲(chǔ)量極大地限制了其大規(guī)模應(yīng)用.因此,設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的非貴金屬OER催化劑,對(duì)于促進(jìn)電催化水裂解制氫領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義.自旋調(diào)控可以調(diào)節(jié)d-軌道電子與含氧物種之間的自旋占據(jù)態(tài),進(jìn)而改變含氧物種的吸附能,提升催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué).然而,自旋調(diào)控如何提升電催化水氧化及其內(nèi)部的關(guān)聯(lián)性鮮有報(bào)道.本文報(bào)道了一種(Co,Ni)Se2/C@FeOOH籠狀納米結(jié)構(gòu)的自旋調(diào)控工程以提升其析氧反應(yīng)活性.以金屬有機(jī)框架材料ZIF-67為前驅(qū)體,采用離子交換方法和化學(xué)氣相沉積法合成了(Co,Ni)Se2/C中空籠狀納米結(jié)構(gòu),接著通過(guò)化學(xué)水浴沉積法用FeOOH進(jìn)行修飾,進(jìn)一步提高了電催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué).磁化測(cè)試結(jié)果表明,(Co,Ni)Se2/C@FeOOH樣品的極化自旋數(shù)(μb=6.966μb/f.u)高于(Co,Ni)Se2/C樣品的極化自旋數(shù)(μb=6.398μb/f.u),從而有利于含氧中間體的吸附和脫附,這與表面價(jià)帶譜的結(jié)果一致.與(Co,Ni)Se2/C相比,(Co,Ni)Se2/C@FeOOH樣品具有更強(qiáng)的鐵磁性,電磁感應(yīng)促進(jìn)了磁性粒子最外層電子的自旋.電子自旋的增加有利于(Co,Ni)Se2/C@FeOOH樣品最外層電子能級(jí)的躍遷,在3d-軌道上產(chǎn)生更多的空電子軌道和未成對(duì)電子,有利于電子轉(zhuǎn)移和氧吸附.Ni,Co和Fe之間的π電子在界面處的局域化重組再分配優(yōu)化了對(duì)含氧物種的吸附與脫附自由能,提升了OER催化性能.此外,所設(shè)計(jì)的中空籠狀納米結(jié)構(gòu)和雜原子摻雜碳基體對(duì)提高OER活性也有重要作用.因此,在1.0 mol/L KOH堿性溶液中,(Co,Ni)Se2/C@FeOOH催化劑展現(xiàn)出較好的析氧反應(yīng)性能,在10 mA cm-2電流下的過(guò)電位為241 mV,塔菲爾斜率為44 mV dec-1,明顯優(yōu)于原先的(Co,Ni)Se2/C催化劑.本文將為高效OER電催化劑的設(shè)計(jì)提供一種新的思路和方法.
