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我校教师在国际著名学术期刊《Carbon Energy》上发表研究论文(图)

来源:工学院 发布日期:2024-03-18

  近日,我校工学院材料工程系陈光良教授(第一作者兼通讯作者)以我校为第一单位在材料科学领域国际著名期刊《Carbon Energy》(中科院一区TOP,IF:20.5)上,发表题为“Yttrium‐ and nitrogen‐doped NiCo phosphide nanosheets for high‐efficiency water electrolysis”的研究文章。

  氢能在过去的几十年里受到人们越来越多的关注。氢能在应用过程中具有热值高、零污染、效率高等优点,被认为是最有前途的能源载体。目前,利用可再生能源进行电解水分解被认为是清洁能源转换和储存的最有效方法之一,可为氢燃料电池、实验室、化工合成提供高纯度氢气(H2)。电催化水分解的主要挑战在于设计高效的电催化剂,用于降低析氧反应(OER)和析氢反应(HER)的高过电位,从而加快反应速度,降低能耗。尽管贵金属铂(Pt)和钌/铱(Ru/Ir)基催化剂仍分别是HER和OER最有效的电催化剂,但它们的稀缺性和高成本极大地限制了其商业应用。因此,设计丰富、低成本、高效和稳定的非贵金属电催化剂对于开发H2能源至关重要。

  针对以上难题,陈光良教授团队首次提出一种利用微量稀土金属钇(Y)和等离子体处理来提高碱性电解条件下的电催化活性和稳定性的新方法。该方法首先通过介质阻挡放电(DBD)等离子体对镍钴合金泡沫(NCF)进行改性,在NCF表面形成微观纳米缺陷;然后在等离子体处理过的NCF(PNCF)表面原位水热生长出光滑的钇掺杂镍钴层状双氢氧化物纳米片(YNiCo LDH/PNCF);最后,在氮气中利用射频等离子体进行磷化处理,得到钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂(N-YNiCoP/PNCF)。得到的N-YNiCoP/PNCF具有较大的比表面积、丰富的异质界面和优化的电子结构,在1M KOH电解液中的HER(331 mV vs. 2000 mA cm-2)和OER(464 mV vs. 2000 mA cm-2)反应中具有较高的电催化活性。X射线吸收光谱(XAS)和DFT量子化学计算表明,随着Y原子的加入,CoNi的配位数减少,从而使Ni离子和Co离子的键更短,实现了N-YNiCoP在模拟工业条件下HER和OER反应中的长运行稳定性。同时,等离子体N掺杂形成的CoN-YP5异质面是整个水分裂的活性中心。这项工作拓展了稀土元素在双功能电催化剂中的应用,为可再生能源领域设计高性能过渡金属基催化剂开辟了新方向。

  论文链接:https://doi.org/10.1002/cey2.522

  通讯员:张群