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金属镍钴氮化物纳米颗粒/镍钴<sub>2</sub>O<sub>4</sub>纳米片/石墨纤维的界面电效应促进宽pH范围下的整体水分解活性

DOI：10.1002/advs.201801829 期刊：Advanced Science 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要： 为促进全解水反应，研究人员已付出诸多努力开发双功能电催化剂。本文报道了一种纤维状三维双功能电催化剂，在析氢反应（HER）和析氧反应（OER）中均展现出高性能。其卓越的电化学性能源于多重因素：三种组分（即Ni3N、CoN和NiCo2O4）的金属特性；电子结构特征；富含电活性位点的纳米片-纳米球网络结构；以及不同组分界面处的电场效应。该氧化物-氮化物/石墨纤维在碱性介质中分别仅需71 mV（HER）和183 mV（OER）的低过电位即可达到10 mA cm?2的电流密度，该数值与商用Pt/C（20 wt%）和RuO2相当。该电极在中性与酸性介质中也对HER和OER表现出响应。此外，这种三维结构可作为全解水的全面电极材料。通过计算氧化物转变为氧化物/氮化物过程中的电子转移变化和费米能级可知，观察到的优异电催化性能可归因于NiCo2O4原位氮化生成的Ni3N和CoN。
作者： Zhihe Liu，Hua Tan，Daobin Liu，Xiaobiao Liu，Jianping Xin，Junfeng Xie，Mingwen Zhao，Li Song，Liming Dai，Hong Liu
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过利用石墨纤维上金属NiCo氮化物/NiCo2O4异质结构中的界面电效应，开发一种可在宽pH范围内实现全水分解的双功能电催化剂。

研究成果

NiCo氮化物/NiCo2O4/GF催化剂在宽pH范围内对析氢反应(HER)和析氧反应(OER)表现出优异的双功能活性，具有低过电位和高稳定性，这归因于其金属特性、界面电场效应和三维纳米结构。密度泛函理论(DFT)计算证实了电子转移的增强。该工作为开发普适pH值的水分解电催化剂提供了新思路。

研究不足

在酸性和中性介质中的电催化性能虽具响应性，但与贵金属催化剂相比具有更高的过电位。严苛酸性条件下的稳定性可能需要进一步优化，且合成方法的可扩展性尚未针对工业应用进行探讨。

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