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柔性磷化鈷納米網(wǎng)絡(luò)：寬范圍pH、高活性的電解水制氫催化電極

來(lái)源: X-MOL 2017-07-24 14:30:02

近年來(lái)，清潔與可持續(xù)新能源的使用成為急需解決的熱點(diǎn)問題。氫氣是最有潛力的能源載體，大力發(fā)展高效的制氫技術(shù)受到研究工作者的極大關(guān)注。電解水作為一種簡(jiǎn)單溫和的制氫手段受限于廉價(jià)高效穩(wěn)定的電催化劑。目前商業(yè)使用的鉑碳催化劑由于成本和穩(wěn)定性問題不適合可持續(xù)的大規(guī)模應(yīng)用。高性能非貴金屬催化劑的開發(fā)是解決這一問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)，電催化劑在寬范圍pH的電解質(zhì)中高效運(yùn)作能降低電催化劑使用的限制因素，拓寬應(yīng)用環(huán)境。

蘇州大學(xué)能源與材料創(chuàng)新研究院的鄒貴付教授、孫迎輝副教授團(tuán)隊(duì)與電子科技大學(xué)的熊杰教授團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)了一種磷化鈷納米網(wǎng)絡(luò)催化電極，很好地滿足上述要求。磷化物材料因具有獨(dú)特的類似觸媒的結(jié)構(gòu)，具有很好的催化活性。在導(dǎo)電基底上設(shè)計(jì)合成穩(wěn)定的納米結(jié)構(gòu)不僅能進(jìn)一步增加活性位點(diǎn)，還能避免粉末催化劑的后期涂漿制備過程，提升材料的應(yīng)用潛力。他們通過水熱方法在哈氏合金基帶上生長(zhǎng)出網(wǎng)絡(luò)狀鈷前驅(qū)體，經(jīng)過低溫磷化得到網(wǎng)絡(luò)狀的磷化鈷材料。合金基帶除了在酸堿環(huán)境中有很好的穩(wěn)定性，同時(shí)有很好的導(dǎo)電性和柔性，便于電極后期集成應(yīng)用于各類電解水設(shè)備。這里值得注意的是，網(wǎng)絡(luò)狀磷化鈷可分成多級(jí)結(jié)構(gòu)，主體由寬約為100 nm的納米線構(gòu)成，而每根納米線又由5-20 nm的磷化鈷納米晶互相連接形成。納米晶豐富的邊緣結(jié)構(gòu)極大地增加了催化活性位點(diǎn)（ECSA=1535 cm2ECSA）。

該電極在酸性、中性和堿性條件下均表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化活性（寬pH范圍低至45 mV的起始電位，大電流電解穩(wěn)定性為100 h）。另外，作者還對(duì)電極進(jìn)行幾百次大角度彎曲柔性測(cè)試（-100°—+100°），催化劑與基底表現(xiàn)出很好的粘附性，并保持幾乎不變的催化性能。該柔性磷化鈷電極在寬pH電解質(zhì)和特殊結(jié)構(gòu)電解水器件中有很大的應(yīng)用前景。

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