《AEM》:共格纳米孪晶增强金属催化剂电解水效率!

与化石燃料不同的是,化石燃料在发电时会释放出对人类健康和环境有害的颗粒污染物和二氧化碳,而氢气被认为是最清洁的能源载体,在发电时只产生H 2 O。目前,最流行和最经济的制氢商业流程是蒸汽-甲烷重整,它使用化石燃料作为原料,并产生相当数量的二氧化碳作为副产品。而

来自中国台湾的学者采用有机辅助电沉积技术,在高脉冲电流密度下成功制备了具有致密的共格纳米孪晶(NTCu-5 nm)晶界的树枝状Cu。Nt晶界显著提高了NTCu-5 nm在纳米晶Cu(NCCu)上的电催化效率和稳定性,在10 mA cm−2时,析氧反应的过电位从378 mV降低到281 mV,析氢反应的过电位从235 mV降低到88 mV,在500 mA cm−2超高初始电流密度下连续运行100h后,计时电流衰减仅为27%。缺陷的孪晶界可以在低过电位下形成活性的CuIO2−,从而提高过电流性能。孪晶界诱导的协同几何和电子电子效应导致吉布斯氢吸附自由能(ΔGH)向交换电流密度火山图的顶点移动,使其活度显著提高。相关文章以“Twinning Enhances Efciencies of Metallic Catalysts toward Electrolytic Water Splitting”标题发表在Advanced Energy Materials。

本文用有机辅助电沉积方法成功地合成了具有丰富的窄间距共格孪晶晶界的树枝状Cu,并将其应用于金属催化剂对孪晶电解裂解水的催化效率的显著提高。与纳米晶铜相比,孪晶铜对电解水的催化效率和稳定性显著提高。这一改善归功于与孪晶相相关的更高的电学和化学性质,包括更高的电导率以促进法拉第反应中的电荷转移,更好的抗氧化剂过氧化能力(增强稳定性),以及更高的化学反应性(形成活性CuIIIO2−)以增强氧电阻性能和氢吸附以提高其效率。本工作为通过二维缺陷工程进行催化剂的突破性设计开辟了新的有希望的篇章,并可推广到广泛的催化过程中。(文:SSC)

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