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科学研究

祝贺钱金杰老师指导研究生王贤在Carbon上发表学术论文

发布时间:2019-04-02    来源:化学与材料工程学院    作者:    点击次    [点击关闭]

标题(中文):金属有机框架衍生的碳管上负载氮掺杂碳包裹磷化钴粒子复合材料用于高效的析氧反应

标题(英文):MOF derived N-doped carbon coated CoP particle/carbon nanotube composite for efficient oxygen evolution reaction

刊物名称及期号、页码:Carbon 141 (2019) 643-651

作者姓名(中文):王贤,马祖驹,柴路路,徐乐琼,朱子怡,胡悦,钱金杰,黄少铭

作者姓名(英文):Xian Wang, Zuju Ma, Lulu Chai, Leqiong Xu, Ziyi Zhu, Yue Hu, Jinjie Qian, Shaoming Huang

摘要(英文):Growing demand for clean and renewable energy resources has sparked intensive research on the development of an effective strategy to prepare non-noble metal electrocatalysts for oxygen evolution reaction (OER). Herein, we report a new type of N-doped carbon coated CoP particle/carbon nanotube composite (CNT-NC-CoP) has been synthesized by in situ nucleation and growth of ZIF-67 nanoparticles onto carbon nanotubes, which subsequently is treated with carbonization and phosphorization. Unique hierarchical structure endows as-obtained CNT-NC-CoP with high specific surface area, abundant exposed active sites, quick ion diffusion path, and good electrical conductivity, thus exhibiting the highest electrocatalytic capability with the low overpotential of 251 mV at the current density of 10 mA cm-2 and remaining long-term durability (overlapping LSV curve after 10 h). Besides, density functional theory (DFT) calculations reveal that CoOOH/graphene charged surfaces are more effective for facilitating intermediates adsorption and improving the corresponding catalytic activity.

研究现状(中文):能源是人类生存和社会发展的所必需的物质基础与保障。随着化石能源的枯竭以及对清洁和可再生能源的不断增长的需求,目前电催化水分解产生H2和O2是最热门的研究课题之一,在燃料电池,氢能等新能源领域都占据着重要的位置。贵金属催化剂虽然表现出良好的电催化性能,但由于贵金属催化剂的稀缺性,制备高效的非贵金属电催化剂具有深远的研究价值。过渡金属磷化物在理论上具有良好的催化性能,价格低廉,但由于材料的导电性低,比表面积小等缺陷,进一步引发了对制备高效全水解过渡金属磷化物纳米级催化剂的有效策略的深入研究。金属有机框架化合物是具有一定尺寸的孔隙结构和较高的比表面积。所得到的热转化产物在一定条件下同样能够保持一定的形貌,并将前体MOFs的高比表面积和多孔的特征明确表现出来,这使得它们成为高效电催化剂的良好候选。

创新点(中文):

1.ZIF-67在煅烧及磷化后变成碳包裹CoP,可以部分保持着MOF的高孔隙的结构,使得材料在进行氧化还原反应时,增大和电解质之间的接触面积并提高电催化活性。

2.活性粒子与碳管结合导致更高的导电性,具有更好的电催化效应。

3. 理论计算证明石墨烯碳层包裹的羟基磷化钴颗粒相较于单一的羟基氧化钴颗粒具有更高的电催化析氧活性

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2018.10.023