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研究进展

研究进展

赵勇教授课题组在Journal of Catalysis报道电催化剂表面结构动态演变的研究

来源: 河南大学材料学院    日期:2019-05-05   浏览次数:

近期,赵勇教授课题组在析氧反应过程中催化剂表面组成和形貌结构演变,及高效电催化剂设计合成取得新进展,相关成果以“Surface and morphology structure evolution of metal phosphide for designing overall water splitting electrocatalyst”为题,在国际著名学术期刊Journal of Catalysis上发表。博士生王作辉为论文第一作者,赵勇和王晓兵老师为论文共同通讯作者。

论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021951719301691

催化剂表面的化学组成和形貌结构对其活性和稳定性有重要影响,因此研究者主要关注催化剂初始表面结构的构建和优化。催化反应过程中,不同反应中间态物种的产生会对催化剂表面化学结构和形貌结构产生影响,这种反应环境的动态变化会引起催化剂表面结构的动态演变。深入研究催化剂的动态变化对获得材料结构和其性能的构效关系,以及设计和制备高效催化剂非常重要。

析氧反应(OER)过程中NiFePX表面重构示意图

在该研究工作中,赵勇课题组首先以单一金属磷化物NiFePX和NiCo2PX为模型电催化剂,研究了它们分别在析氧反应(OER)和析氢反应(HER)过程中催化剂表面的组成和结构演变,发现金属磷化物表面化学组成在OER/HER过程中会转变为金属羟基氧化物/氢氧化物,并表现出好的催化活性。同时,这种演变也会导致NiCo2PX的HER活性下降,其原因在于:演变过程中NiCo2PX纳米线表面颗粒化且团聚,致使其电导率下降,催化活性降低。针对该问题,在NiCo2PX纳米线上生长NiFePX纳米片的方式构建了复合催化剂。通过限域阻隔NiCo2PX纳米线在HER过程中的团聚,从而保证复合催化剂高OER活性的同时提高其HER活性,同时该催化剂表现出优异的全解水催化性能。该研究工作对高效电解水催化剂的设计制备具有重要意义(J. Catal.2019, 374, 51-59)。

本工作得到了中组部、国家自然科学基金委、河南省科技厅、河南省教育厅和河南大学的大力支持。Journal of Catalysis为物理化学和化学工程学科的著名期刊(Top 5),属于河南大学工程技术领域的顶级期刊,最新影响因子为6.759。


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