近年來，雙金屬硒化物材料因其具有高本征電導(dǎo)率的金屬性質(zhì)，在電催化水裂解析氧催化劑開發(fā)領(lǐng)域受到了研究人員的廣泛關(guān)注。與單金屬硒化物相比，雙金屬硒化物材料以其具有協(xié)同電子效應(yīng)而成為近年水裂解析氧電催化劑的研究熱點。A Superaerophobic Bimetallic Selenides Heterostructure for Efficient Industrial-Level Oxygen Evolution at Ultra-High Current DensitiesJiaxin Yuan, Xiaodi Cheng, Hanqing Wang, Chaojun Lei, Sameer Pardiwala, Bin Yang, Zhongjian Li, Qinghua Zhang, Lecheng Lei, Shaobin Wang*, Yang Hou*Nano?Micro Lett.(2020) 12:104https://doi.org/10.1007/s40820-020-00442-01. 研制了一種三維超疏氣雙金屬硒化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米褶皺材料。2. 雙金屬硒化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料展現(xiàn)出高效的工業(yè)級電催化水裂解析氧性能。3. 優(yōu)異的水裂解析氧活性歸因于異質(zhì)結(jié)構(gòu)衍生的FeOOH和NiOOH活性中心。233, 235, 240) 2.3px 2.3px; letter-spacing: 2px; line-height: 1.4; box-sizing: border-box;">內(nèi)容簡介
近年來，過渡金屬硒化物材料已經(jīng)成為一種有前景的電催化水裂解析氧催化劑，但是，目前過渡金屬硒化物材料存在著導(dǎo)電率低，穩(wěn)定性差等問題，嚴(yán)重阻礙了金屬硒化物材料在電催化水裂解制氫和氧領(lǐng)域的實際發(fā)展和應(yīng)用。浙江大學(xué)化工學(xué)院侯陽研究員聯(lián)合澳大利亞阿德萊德大學(xué)王少彬教授課題組通過簡單的一步熱硒化策略成功在三維鎳鐵(3D-NiFe)合金骨架上制備出由NiSe2和NiFe2Se4納米褶皺組成的雙過渡金屬硒化物三維異質(zhì)結(jié)構(gòu)電催化劑。NiSe2/NiFe2Se4納米褶皺的厚度約為100 nm。基于高導(dǎo)電性和高比表面積，NiSe2/NiFe2Se4@NiFe異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑在500和1000 mA/cm2高電流密度下的應(yīng)用電勢分別僅為1.53和1.54 V，明顯優(yōu)于幾乎所有先前報道的鎳/鐵基硒化物材料，甚至優(yōu)于商業(yè)Ir/C催化劑。通過原位電化學(xué)光譜發(fā)現(xiàn)，在NiSe2/NiFe2Se4@NiFe異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑中，F(xiàn)eOOH和NiOOH是真正的活性中心。此外，NiSe2/NiFe2Se4@NiFe異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑超疏氣的特性可以促進原位生成O2氣泡的快速釋放，從而減少電催化水裂解析氧反應(yīng)過程中的負面效應(yīng)。此外，作為一種雙功能電催化劑，NiSe2/NiFe2Se4@NiFe異質(zhì)結(jié)構(gòu)能夠在60 ℃溫度下10.0M的KOH電解液中表現(xiàn)出優(yōu)異的水裂解析氧和析氫電催化活性，在2.17 V的低電壓下即可驅(qū)動高達1000 mA/cm2的電流密度。I NiSe2/NiFe2Se4@NiFe的結(jié)構(gòu)特征
圖1a表現(xiàn)了三維NiSe2/NiFe2Se4@NiFe異質(zhì)結(jié)構(gòu)合成的簡單熱硒化過程。在含硒蒸汽下，三維NiFe合金在300 ℃溫度下退火煅燒2 h，得到NiSe2/NiFe2Se4@NiFe。場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)顯示，經(jīng)過熱硒化處理后，3D NiSe2/NiFe2Se4@NiFe的空間骨架形態(tài)仍然存在(圖1b-1c)。高分辨率透射電鏡(HRTEM)圖像和X射線光電子能譜(XPS)均表明了NiSe2/NiFe2Se4@NiFe異質(zhì)結(jié)構(gòu)中NiSe2和NiFe2Se4物相的共存。圖1. (a) NiSe2/NiFe2Se4@NiFe一步制備策略示意圖。(b-c) NiSe2/NiFe2Se4@NiFe的FESEM圖像。(d) EDX元素映射NiSe2/NiFe2Se4@NiFe中Ni、Fe和Se元素的圖像。(e) NiSe2/NiFe2Se4@NiFe的HRTEM圖像；插圖：相應(yīng)的SAED圖案。NiSe2/NiFe2Se4@NiFe的(f) Ni 2p和(g) Se 3d高分辨率XPS光譜。II NiSe2/NiFe2Se4@NiFe的電化學(xué)性能在1.0 M KOH堿性電解質(zhì)溶液中，所制備的NiSe2/NiFe2Se4@NiFe異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料具有良好的電催化水裂解析氧性能，在電流密度100 mA/cm2時，其應(yīng)用電勢僅為1.49 V，塔菲爾斜率為52.7 mV/dec，雙電層電容為33.67 mF/cm，均優(yōu)于Ni-Se和IF-Se對照樣品，及其商業(yè)貴金屬Ir/C電催化劑，并展現(xiàn)出優(yōu)良的電催化活性和穩(wěn)定性。圖2. (a) 極化曲線圖；(b) 電勢柱狀圖(電流密度100 mA cm-2, 500 mA cm-2,1000 mA cm-2)；(c) Tafel曲線圖；(d) 電化學(xué)阻抗譜圖；(e) 比較100 mA cm-2所需的塔菲爾斜率和電位；(f) 經(jīng)過500次循環(huán)后，NiSe2/NiFe2Se4@NiFe的極化曲線；(g) 穩(wěn)定性測試。圖3. (a) NiSe2/NiFe2Se4@NiFe,NF-Se和IF-Se的ECSAs。(b) NiSe2/NiFe2Se4@NiFe, NF-Se和IF-Se的ECSA歸一化極化曲線。(c) NiSe2/NiFe2Se4@NiFe, Ni0.7Fe0.3-Se和Ni0.5Fe0.5-Se在500和1000 mA cm-2時的電位對比。(d) NiSe2/NiFe2Se4@NiFe,Ni0.7Fe0.3-Se和Ni0.5Fe0.5-Se在100 mA cm-2和300 mV時電催化水裂解析氧活性。III NiSe2/NiFe2Se4@NiFe異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化機理的研究通過原位電化學(xué)拉曼光譜和拉曼光譜分析，觀察到在電催化水裂解析氧反應(yīng)過程中NiOOH和FeOOH中間物種的生成。結(jié)合X射線光電子能譜分析，結(jié)果表明原位獲得的非晶FeOOH和NiOOH在電催化水裂解析氧過程中是NiSe2/NiFe2Se4@NiFe的催化活性中心。此外，通過接觸角測試，發(fā)現(xiàn)NiSe2/NiFe2Se4@NiFe異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑擁有超疏氣的特性，可以促進電催化水裂解析氧反應(yīng)過程中原位生成氧氣氣泡的快速釋放，從而減少催化反應(yīng)過程中的負面效應(yīng)。圖4. (a) 原位電化學(xué)拉曼光譜示意圖。(b) 原位拉曼光譜和(c) 不同電位下電催化劑的相應(yīng)等值線圖。(d) 拉曼光譜。(e-f) XPS光譜。(g-i) 氧氣氣泡示意圖。(j) 電催化劑上氧氣氣泡粘附行為示意圖。作為一種雙功能電催化劑，NiSe2/NiFe2Se4@NiFe異質(zhì)結(jié)構(gòu)在25℃溫度下的1.0 M KOH電解液中，在電流密度500 mA/cm2時，其應(yīng)用電勢為2.32 V，優(yōu)于商業(yè)貴金屬Pt/C-Ir/C電催化劑，并展現(xiàn)出優(yōu)良的電催化水裂解析氧和析氫催化活性和穩(wěn)定性。NiSe2/NiFe2Se4@NiFe異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以在60 ℃溫度下的10.0 MKOH電解液中，表現(xiàn)出優(yōu)異的水裂解催化活性，在2.17 V的低電壓下，即可驅(qū)動高達1000 mA/cm2的電流密度。圖5. (a) 全水解極化曲線。(b) 穩(wěn)定性測試。(c) 不同溫度下的全水解極化曲線。(d) 不同溫度下的穩(wěn)定性測試。(e) 電催化劑表面生成的氧氣和氫氣氣體的數(shù)字圖像。高性能鎳鐵基材料的設(shè)計合成及其工業(yè)級電催化析氧應(yīng)用。在Nano Micro Letters和Engineering期刊以第一作者發(fā)表學(xué)術(shù)論文2篇。ground-image: none; background-clip: border-box; background-position: 0% 0%; background-repeat: repeat; background-size: auto; border-width: 0px; border-style: none; border-color: rgb(51, 51, 51); bottom: auto; float: none; height: auto; left: auto; max-height: none; min-width: 0px; text-decoration-style: solid; text-decoration-color: rgb(51, 51, 51); top: auto; z-index: auto; visibility: visible; clear: none;">新型二維微納米結(jié)構(gòu)功能材料設(shè)計與構(gòu)建；新型電化學(xué)催化劑及轉(zhuǎn)能技術(shù)(電解水制氫、二氧化碳還原、合成氨等)；光電催化水分解制備氫氣和氧氣；電化學(xué)儲能材料及器件(鋰/鈉離子電池、離子電容器、空氣電池等)；新型碳功能材料的合成及儲能、催化應(yīng)用。迄今為止，已在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci., Adv. Mater., Nano Lett., Nano Today等國際權(quán)威期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文130余篇(包括邀請綜述及,專題論文)。論文總被引用超過9,200余次，H因子為52。其中，24篇入選ESI高被引和ESI熱點論文。15篇論文被選為熱點文章、VIP論文、封面、卷首插圖、十大熱門文章以及月度最受關(guān)注論文和月度最熱門下載論文。20余篇論文被Advanced Science News, Chemistryview, Nanotechnology Weekly, Materialsviewschina, High Beam Research, Nanowerk等科技媒體和網(wǎng)站予以專題報道。申請/授權(quán)美國發(fā)明1項和中國國家專利9項。https://person.zju.edu.cn/yhou#0主要研究方向為納米材料的合成及其在吸附催化、燃料與能源轉(zhuǎn)化、環(huán)境修復(fù)等方面的應(yīng)用。發(fā)表論文400余篇，被引頻次35000余次，h指數(shù)105。2012年獲澳大利亞湯森路透嘉獎與創(chuàng)新獎。他也是2016年、2017年、2018年和2019年化學(xué)/環(huán)境工程領(lǐng)域被高度引用的研究人員。他是幾家國際期刊的編委會成員。https://www.researchgate.net/profile/Shaobin_Wang3
