纳米材料在电催化领域的应用（一种用于高效分解水通用电催化剂的纳米片）

由来自可再生和丰富的太阳能和风能资源的电力驱动的电化学水分解是水循环的能量框架中的一种重要的能量转换技术，通过利用氢气作为清洁和高密度的能量载体来替代化石燃料以满足未来的能量需求，这满足了可持续和无温室气体的应用场景。设计基于富含地球元素的高鲁棒性和高经济性电催化剂对于通过电化学水分解大规模制氢产业而言至关重要。

近日，来自吉林大学等单位的研究人员报道了氮掺杂碳嫁接Mo2N/CoN杂化纳米片作为碱性析氢反应的高效电催化剂。相关论文发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202102285

其无缝定向于分级纳米多孔铜支架上，组成的异质结构Mo2N/CoN纳米片作为双功能电活性位点可用于水离解和氢中间体的吸附/解吸。另一方面，含有氮碳得通过利用钼/钴-氮-碳键和界面处的紧密碳/铜接触效应，可在电活性位点和互连铜集流体之间桥接电子转移。由于独特的结构使电活性位点可以充分接近，自支撑纳米多孔钼/钴-氮-碳/铜混合电极在1 M氢氧化钾中表现出优异的电催化性能，起始过电位可忽略不计，塔菲尔斜率低至47mV dec−1。它们只需要低至230毫伏的超电势就能达到1000 mA/cm2的电流密度。当碱性水电解器与能有效调节析氧反应的电氧化衍生物结合时，在1M的氢氧化钾电解液中，在1.622伏下可获得约100 mA/cm2的电流，比用固定在纳米多孔铜电极上的市售铂/碳和铱/碳纳米催化剂构建的装置低0.343伏。

图1| 微结构表征。

图2| 化学表征。

图3| 碱性HER的电催化性能。

图4| Mo2N/CoN异质结构的HER的理论计算。

图5| OER的电催化特性。

图6| 整体水分解的电化学性能。

总之，本文开发了自支撑整体纳米多孔钼/钴-氮-碳/铜混合电极，作为在碱性/中性环境中通过整体水分解高效制氢的通用电催化剂。在1 M氢氧化钾电解液中，由于其可忽略的起始过电位和47mV dec -1的低塔菲尔斜率，它们仅需要低至约230毫伏的过电位就能达到1000 mA/cm2的电流密度。出色的电化学性能归功于独特的分级结构，这使得高电活性的Mo-/Co-N-C纳米片能够被充分利用，从而促进了电子从集电器向电活性位点的转移以及分子和离子在大通道中的传质，并通过利用纳米多孔铜提供了稳定的电极结构。（文：SSC）

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