电沉积NiCu合金锚定Co2P纳米线调控电子结构增强的析氢反应

doi:10.7503/cjcu20240005

摘要/Abstract

摘要：

发展高效稳定的析氢反应(HER)是实现电解水技术广泛应用于工业的关键. 本文以泡沫镍(NF)为基材, 通过水热-热解-电沉积法合成了具有三维高分散非均相的HER催化剂CuAl@Co₂P/NF. 研究发现, 晶面与非晶面异质结的形成增加了该催化剂自身的活性位点, 各元素之间的协同作用使体系内Co原子核外电子重新排布, 降低了对吸附H^*的吸附能力, 加快了析氢反应过程中的反应动力学. 该催化剂在碱性和酸性介质中均表现出良好的HER活性和稳定性, 电流密度为10 mA/cm²时的过电势分别为83和27 mV, 尤其在碱性环境下连续工作72 h后的电位基本保持不变.

关键词: 磷化物, 镍铜合金, 异质结, 电催化, 析氢反应

Abstract:

The development of efficient and stable hydrogen evolution reaction（HER） is the key to realize the widespread industrial application of electrolytic water technology. In this paper， HER catalysts CuAl@Co₂P/NF with three-dimensional highly dispersed non-homogeneous phase were synthesized by hydrothermal-pyrolysis-electrodeposition using nickel foam（NF） as substrate. The formation of heterojunction between crystalline and amorphous surfaces increases the active sites of the catalyst itself， and the synergistic effect between the elements makes the Co atoms in the system rearrange their electrons outside the nucleus， reducing the adsorption capacity for the adsorbed H^*， and accelerating the reaction kinetics in the process of hydrogen precipitation reaction. The catalyst exhibited favorable HER activity and stability in both alkaline and acidic environments， and the overpotential required to drive a current of 10 mA/cm² was measured at 83 and 27 mV， respectively， while the potential remained essentially unchanged after continuous operation for 72 h in an alkaline environment. This work is informative for the construction of HER catalysts with highly dispersed non-homogeneous phase pairs.

Key words: Phosphide, NiCu Alloy, Heterojunction, Electrocatalysis, Hydrogen evolution reaction

中图分类号:

O646

TrendMD:

刘文欢, 王康康, 窦嘉阳, 张彤琛, 董社英. 电沉积NiCu合金锚定Co₂P纳米线调控电子结构增强的析氢反应. 高等学校化学学报, 2024, 45(4): 20240005.

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图/表 9

Fig.1 SEM images of Co2P/NF sample

Fig.2 SEM images(A—C) and EDS elemental mappings(D—G) of CuAl@Co2P/NF sample

Fig.3 TEM image(A) and HRTEM image at an interfacial area(B) of CuAl@Co2P/NF

Fig.4 XRD patterns of CuAl@Co2P/NF and Co2P/NF

Fig.5 XPS spectra of survey scan(A), Cu2p (D) and Al2p (E) of CuAl@Co2P/NF, XPS spectra of Co2p (B) and P2p (C) of CuAl@Co2P/NF and Co2P/NF

Fig.6 LSV curves(A, D), corresponding Tafel plots(B, E) and electrochemical impedance spectra(C, F) of different catalysts at an overpotential of 100 mV of catalysts in 1 mol/L KOH alkaline electrolyte saturated with N2(A—C) and 0.5 mol/L H2SO4 acidic electrolyte(D—F)

Fig.7 CV plots of AlCu@Co2P/NF(A), Al2Cu@Co2P/NF(B), Co2P/NF(C), AlCu1.5@Co2P/NF(D) and Al1.5Cu@Co2P/NF(E) with different sweep speeds in the voltage range of -0.27—-0.37 V and corresponding Cdl(F) in 0.5 mol/L H2SO4

Fig.8 CV plots of AlCu@Co2P/NF(A), Al1.5Cu@Co2P/NF(B), AlCu1.5@Co2P/NF(C), Al2Cu@Co2P/NF(D) and Co2P/NF(E) with different sweep speeds in the voltage range of -0.3—-0.4 V and corresponding Cdl(F) in 1 mol/L KOH

Fig.9 Current density⁃time curves of CuAl@Co2P/NF in 0.5 mol/L H2SO4(A) and 1 mol/L KOH(B) at 10 mA/cm2, XRD patterns(C) of CuAl@Co2P/NF before(a) and after(b) the reaction

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电沉积NiCu合金锚定Co₂P纳米线调控电子结构增强的析氢反应

Electrodeposited NiCu Alloy Anchored Co₂P Nanowires Enhancing Hydrogen Evolution Reaction by Modulating Electronic Structure

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