on style="white-space: normal; text-align: justify; margin-left: 8px; margin-right: 8px; margin-bottom: 20px; line-height: 1.75em;">超亲水非晶/结晶Rh(OH)3/NiTe同轴纳米棒全pH高效析氢全球能源危机以及严重的环境问题,急需当前社会开发出一种绿色、高效的替代品来替代传统的化石燃料。其中,氢(H2)作为一种清洁的无碳能源载体,被认为是下一代能源体系的一个极具前景的候选品。利用太阳能和风能等可再生电力进行水电解,是一种可持续且高效的高纯度氢气生产方法,近年来受到广泛关注。因此,开发具有低过电位和快速反应动力学的高效双功能电催化剂,对于大规模制氢是非常重要的。贵金属Pt基材料因其最优的氢吸附自由能,被认为是目前最先进电催化析氢(HER)催化剂;然而,它的高成本和低储量等缺点严重阻碍着进一步的广泛应用。更重要的是,pt基催化剂在非酸性介质(即中性和碱性电解质)中表现出较差的HER活性,通常比在酸性介质中测量的HER活性低2-3个数量级。因此,在较宽的pH范围内,设计和开发性能优良、稳定性好的理想电催化剂十分必要。近日,来自华中科技大学王春栋副教授团队和中国科学技术大学熊宇杰教授团队合作,在国际知名期刊Applied Catalysis B: Environmental上发表题为“Achieving highly efficient pH-Universal hydrogen evolution by superhydrophilic amorphous/crystalline Rh(OH)3/NiTe coaxial nanorod array electrode”的研究文章。该文章仔细研究了不同实验条件对纳米材料结构和性能的影响,并通过理论结合实验的方式系统阐述了非晶/结晶纳米材料的耦合协同作用,这项工作为设计分子和介观层面的高效析氢电催化剂提供了见解。
要点一:在本文中,作者通过水热合成和随后的化学蚀刻工艺,成功地制备出一种由晶体镍碲纳米棒和非晶态氢氧化铑组成的复合纳米异质结构 (a-Rh(OH)3/NiTe),并将其作为电催化剂用于全pH介质中的析氢反应(HER)。

图1. a-Rh(OH)3/NiTe电极的制备流程示意图以及结构与微观形貌表征
要点二:非晶/结晶a-Rh(OH)3/NiTe复合纳米异质结构富含大量不饱和缺陷位点,电荷传输快,对反应中间体表现出最优吸脱附能力。
图2. a-Rh(OH)3/NiTe电极的理化性质表征
图3. a-Rh(OH)3/NiTe电极的超亲水性和超疏气性测试要点三:测试表明,在碱性、中性和酸性介质中,所制备出的a-Rh(OH)3/NiTe阴极催化剂在100 mA cm-2电流密度下的HER过电位分别为51, 109和64 mV,电催化析氢法拉第效率接近100%。

图4. a-Rh(OH)3/NiTe及其对比样在1 M KOH溶液中的电催化HER性能测试