開發(fā)高效的電化學(xué)水分解(EWS)電催化劑對于實(shí)現(xiàn)全面制氫至關(guān)重要。通過水熱法合成不含貴金屬的異質(zhì)結(jié)構(gòu)電催化劑Ti3C2 MXene納米片集成鈷摻雜氫氧化鎳(NHCoMX)復(fù)合物。Ti3C2 MXene納米片(MX)集成微體系結(jié)構(gòu)中豐富的孔隙增加了活性位點(diǎn)的數(shù)量，促進(jìn)了電荷轉(zhuǎn)移，從而增強(qiáng)了電催化。具體而言，MX增強(qiáng)的電荷轉(zhuǎn)移顯著改變了摻鈷的Ni(OH)2 (NHCo)的微電子結(jié)構(gòu)，這促進(jìn)了其析氫反應(yīng)(HER)和析氧反應(yīng)(OER)。因此，作為一種EWS催化劑，NHCoMX表現(xiàn)出異常的電催化活性，證明OER和她的超電勢分別為310 mV和73 mV，塔菲爾斜率分別為65mV dec-1和85mV dec-1；它在1.0mol L 1 KOH中表現(xiàn)出10mV cm2的電流密度，代表了與最先進(jìn)的RuO2和Pt/C催化劑最接近的效率。此外，開發(fā)的電催化劑提高了HER和OER的活性，導(dǎo)致在具有兩個電極的堿性電解液中，在1.72 V下總EWS電流密度為10ma cm2。本研究描述了一種有效的異質(zhì)結(jié)構(gòu)NHCoMX復(fù)合電催化劑。它可以與最先進(jìn)的電催化劑相媲美，并且可以擴(kuò)展到制造用于大規(guī)模EWS應(yīng)用的資源豐富的催化劑。
示意圖1. (a)Ti3C2 MXene納米片的合成;( b)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的ti3c 2 MXene集成鈷摻雜氫氧化鎳復(fù)合電催化劑的合成。
圖 1. (a)Ni(OH)2、鈷摻雜的Ni(OH)2和MXene納米片整合的鈷摻雜的Ni(OH)2的XRD圖(b，c)Ni(OH)2、鈷摻雜的Ni(OH)2的Rietveld細(xì)化[插圖:晶體結(jié)構(gòu)](d)Ni(OH)2、鈷摻雜的Ni(OH)2和MXene納米片整合的鈷摻雜的Ni(OH)2的FTIR光譜。
圖2. (a) NH、(b) NHCo和(c) NHCoMX3的FE-SEM圖像。
圖 3. (a–d)MXNS、(e–h)NHCo、(I–l)NH comx 3、(m–r)Ni、Co、O、Ti和C的元素映射的FE-TEM圖像、低分辨率圖像和SAED圖案，以及(NHCoNX3的EDX光譜。
圖 4. NHCoMX3、NHCo和NH的高分辨率XPS光譜。(a)測量(b) Ni 2p、(c) Co 2p、(d) O 1s、(e) C 1s和(f) Ti 2p的掃描光譜。
圖 5. (a) N2吸附-解吸等溫線。(b)NH、NHCo和NHCoMX3的孔徑分布。
圖6. 1.0摩爾L 1 KOH中的電化學(xué)析氧反應(yīng)(OER)性能。(a) OER極化曲線。(b)相應(yīng)的塔菲爾圖。(c)在電流密度為10、20和50mA cm-2時(shí)，NH、NHCo、NHCoMX3和RuO2的過電位比較圖。奈奎斯特圖(插圖:等效電路模型)。(e)穩(wěn)定性試驗(yàn)中NH、NHCo和NHCoMX3在10mA cm-2下10小時(shí)的計(jì)算Cdl值(f)計(jì)時(shí)電位法(V–t)曲線。
圖7. 1.0摩爾L 1 KOH中的電化學(xué)析氫反應(yīng)(HER)性能。(a)她的極化曲線。(b)相應(yīng)的塔菲爾圖。(C)在電流密度為10、20和50mA cm-2時(shí)，NH、NHCo、NHCoMX3和Pt/C的過電位比較圖。(d)在10mA cm-2下進(jìn)行10小時(shí)穩(wěn)定性測試時(shí)，NH、NHCo和NHCoMX3的計(jì)時(shí)電位法(v–t)曲線。(e)電解的總體水分解性能:NH ??NH和NHCoMX3 ??NHCoMX3.的LSV曲線(f)nhcomx3??nhcomx3在10毫安厘米-2下600分鐘的電化學(xué)穩(wěn)定性。(插圖:NHCoMX3上的氣泡在整個水分解過程中溢出的照片。)
圖8。(NHCoMX3在OER過程之前和之后的XRD圖案以及在10小時(shí)計(jì)時(shí)電位法之后的XRD圖案。NHCoMX3 (b) Ni 2p，(c) Co 2p和(d) O 1s的XPS光譜；(e，f)OER前后NHCoMX3的SEM圖像，(g-I-VI)OER處理后NHCoMX3的SEM圖像和EDS元素圖。
相關(guān)科研成果由慶北大學(xué)Dae Sung Lee等人于2024年發(fā)表在Green Energy & Environment（https://doi.org/10.1016/j.gee.2024.08.006）上。原文：Ti3C2 MXene nanosheets integrated cobalt-doped nickel hydroxide heterostructured composite: An efficient electrocatalyst for overall water-splitting
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.gee.2024.08.006
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
