歐欣研究員與復旦郭艷輝副教授合作在高效催化電極基底材料方面取得重要成果

  

  近日,上海微系統所歐欣研究員課題組與復旦大學材料科學系郭艷輝副教授團隊合作在使用非金屬基底構筑高效、低成本催化電極方面取得了重要突破,在國際著名學術期刊《Energy & Environmental Science》(2018年影響因子33.25)上發表題為“Fabrication of practical catalytic electrodes using insulating and ecofriendly substrates for overall water splitting”的研究論文。DOI: 10.1039/c9ee00839j。 

1 (a)紙片電極的制備過程;(b)-(d)分別為空白紙片、活化紙片以及 Ni-P-B/紙片電極的 SEM 圖;(e) Ni-P-B/Paper 電極的側面圖;(f) HRTEM 圖;(g) 直徑 12cm 的催化電極圖;(h)電極導電性圖

  常規的催化電極主要由催化劑與導電基體兩部分組成,當前研究主要集中在催化劑的開發方面,而基底材料則仍主要局限在導電金屬類的鐵、鎳、銅、鈦以及非金屬類的碳布等。這些基材雖具有導電性好,機械性能優良等優點,但存在成本,環保等方面問題。因此,拓展催化電極的基材對于實用催化電極的研發具有重要的現實意義。 

2 (a)-(b)為各催化電極的 HER  OER 性能圖;(c)Ni-P-B/Paper 電極的穩定性圖;(d)各催化電極的性能及質量比較   

  該工作使用常見、易得的基底材料(紙、海綿及布),借助簡單的化學鍍方法將導電催化劑均勻沉積于其表面,制備出了具有高效、經濟、輕質、可折疊等特點的新型催化電極,所得電極具有良好的導電性,電極方塊電阻只有0.42Ω sq-1。這類電極還具有優異的電催化活性,其中,使用濾紙構筑的Ni-P-B/Paper電極在1M堿性電解液中實現了高效的析氫(η500=276 mV)與析氧反應(η500=375 mV),并在1A/cm2大電流密度下可穩定工作240 h以上,性能優于相同催化材料的金屬基底電極,而其重量僅為相同尺寸Ni Foil催化電極的五分之一,Ni Foam催化電極的一半。該工作具有潛在的實用價值,也為新型催化電極的設計與研制提供了新思路。 

  該研究工作得到了國家自然科學基金委、上海市科學技術委員會等項目的大力支持。 

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