編號：FTJS10106
篇名：Ru摻雜Ni3N催化劑的電催化析氫反應(yīng)
作者：張艷平 高鵬 李建保 王敏 萬偉敏 陳擁軍
關(guān)鍵詞： Ni3N Ru摻雜 電催化析氫 電催化析氧 電催化性能 全解水
機(jī)構(gòu)： 海南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院
摘要： 開發(fā)高催化活性和廉價催化劑是催化分解水制氫技術(shù)的關(guān)鍵。過渡金屬氮化鎳(Ni3N)具有優(yōu)異的熱/化學(xué)穩(wěn)定性、電化學(xué)活性和類貴金屬特性,吸引了越來越多研究者的興趣。然而,Ni3N堿性電催化析氫反應(yīng)過程中,水的解離效率低,且對反應(yīng)中間體質(zhì)子的吸附太強(qiáng),這兩個因素導(dǎo)致Ni3N的性能遠(yuǎn)低于Pt,還有很大的改進(jìn)空間。本文通過水熱-氮化兩步法成功制備了Ru摻雜多孔納米片Ni3N/Ru。通過X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)對Ni3N/Ru材料的組成、形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,通過X射線光電子衍射儀(XPS)對催化機(jī)理進(jìn)行分析,并研究Ru摻雜量對Ni3N材料形貌和電催化性能的影響。結(jié)果表明,6.30%Ru負(fù)載的Ni3N在1 mol/L KOH電解液中驅(qū)動10 mA·m-2的電流密度僅需要49 mV過電位,可以和商業(yè)Pt/C相媲美(46 mV@10 mA·cm-2)。將其應(yīng)用于兩電極全解水體系,僅需1.54 V的電壓即可獲得10 mA·cm-2的電流密度。突出的催化性能歸因于Ru摻雜Ni3N有效提升水解離,并使Ni3N中Ni和N的電子云密度降低,促進(jìn)吸附氫中間體的形成過程(H++e-=H*),改善析氫反應(yīng)動力學(xué),進(jìn)而提升其電催化性能。
