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生命科学与工程学院张颜老师首次合成自组装NiO/CeO2异质结构材料作为高效碱性析氢、析氧催化剂

来源:新闻中心   作者:     日期:2020-10-31   点击数:  

近日,西南交通大学生命科学与工程学院张颜老师作为第一作者和通讯作者在《Chemistry-A European Journal》上以我院为唯一署名单位发表了题为“Self‐assembly two‐dimensional NiO/CeO2 heterostructure rich in oxygen vacancies as efficient bifunctional electrocatalyst for alkaline hydrogen evolution and oxygen evolution”的研究论文。


随着传统的不可再生化石能源的日益枯竭以及环境污染的日益加剧,开发利用可再生绿色能源迫在眉睫。氢能作为一种高效、清洁、可持续的“无碳”能源已得到世界各国的普遍关注,被誉为21世纪最具潜力的新能源。在众多制氢技术中,电解水制氢具有制氢工艺简单、无污染、产品纯度高等优点,是较为成熟且极有发展前途的大规模制氢技术。

水分解反应可分为析氢反应(HER)和析氧反应(OER)两个半反应。目前,铂(Pt)和氧化钌(RuO2)(或氧化铱(IrO2)被认为是最好的析氢和析氧催化剂,但是贵金属储量稀少且价格昂贵,制约了其在工业中的大规模应用。开发低成本、高效能的新型非贵金属双功能电催化剂(碱性介质中)以促进反应进行,降低过电位,进而提高能量转化效率是电催化制氢领域面临的巨大挑战。

如今,西南交通大学生命科学与工程学院张颜老师采用简单的两步法首次合成了具有丰富氧空位的二维NiO/CeO2异质结构材料作为析氢和析氧反应双功能电催化剂(如图1所示)。


图1


该材料具有诸多优点:1)NiO/CeO2的自组装二维结构拥有大的比表面积,能暴露更多的活性位点,并为电解液提供更大的接触面积;2)NiO/CeO2 异质结构中的CeO2纳米颗粒能在析氢反应过程中促进水分子的吸附和分解,并在析氧反应过程中加快电子迁移,从而提高该催化剂的催化效率;3)CeO2和NiO纳米颗粒之间的相互作用能够使氧空位数增加并且降低吸附能,从而加快反应速率。因此,这种新型高效的自组装二维NiO/CeO2异质结构材料在碱性介质中作为析氢和析氧催化剂极具潜力。该工作为构筑基于二维结构的过渡金属化合物异质结构材料应用于电催化领域提供了理论和技术借鉴。

以上成果发表在国际知名期刊《Chemistry-A European Journal》上,我院张颜老师为第一作者和通讯作者。我院本科生叶飞参与了部分工作,同时该研究工作得到李卫东教授的大力指导。该项研究工作得到了中央高校基本科研业务费(2682020CX57) 的支持。


原文链接:https://doi.org/10.1002/chem.202004271