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林健健教授团队在水电解研究领域取得新进展

近年来,随着化石燃料的加速消耗,绿色可再生和清洁能源的充分利用变得迫在眉睫。电化学水分解被认为是生产清洁、可持续和环境友好的能源化学燃料(例如氢气)的最有希望的战略之一。然而,用低成本材料开发用于氧气析出反应(OER)和氢气析出反应(HER)的高性能双功能电催化剂一直是电化学水分解中的巨大挑战。近日,青岛科技大学化学院青年泰山学者林健健教授团队,利用钴、铁元素之间的协同效应,改变了铁硫基催化剂的电子结构,使其暴露更多的活性位点,有效增强了电化学活性。团队相关工作以Efficient Co-doped Pyrrhotite Fe0.95S1.05Nanoplates for Electrochemical Water Splitting为题发表在《Chemical Engineering Journal》(2020, 125069, IF=10.652,中科院一区TOP期刊,DOI: 10.1016/j.cej.2020.125069)。该成果以青岛科技大学为第一署名单位和唯一通讯单位,郑德华博士为第一作者,18级硕士研究生荆忠鑫为第二作者。

团队成员采用简单的一锅水热法合成制备了Fe0.95-xCoxS1.05纳米颗粒,并将其作为电解水催化剂进行了一系列电化学性能测试。发现,黄铁矿Fe0.95S1.05中的Fe2+或Fe3+通过晶体同构被Co2+取代,显著提高了催化活性。对于析氧反应,Fe0.9Co0.05S1.05催化剂在20 mA/cm2的电流密度和270 mV的工作过电势下,具有极小的Tafel斜率(46 mV/dec)。对于析氢反应,Fe0.9Co0.05S1.05催化剂在10 mA/cm2电流密度时需要342 mV的低过电势,而Tafel斜率仅为114 mV/dec,并且具有较好的操作稳定性。这项工作为发现有效的双功能且低成本的水电解电催化剂材料提供了新的参考。

同时,团队制备的钴基磷化物材料同样具有高效的析氧反应活性,相关工作发表在《Chemical Engineering Journal》(2020, 125245, IF=10.652,DOI:10.1016/j.cej.2020.125245)

文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894720310615

文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720312377?via%3Dihub

本工作得到了国家自然科学基金、山东省泰山学者人才工程、山东省自然科学基金、山东省生态化工合作创新开放课题等项目的资助。


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