日韩欧美国产精品一区二区久久,午夜欧美激情一区二区,日韩欧美成人精品视频在线

如何加速非貴金屬催化劑的OER緩慢動力學，是提高水分解效率的關鍵問題。針對這一問題，設計的催化劑一方面需具備適中的氧結合能，平衡活性中間體的吸附和脫附過程，降低OER催化勢壘（熱力學）；另一方面，催化劑與集流體基底之間需具備增強的接觸強度和快速的電子傳輸，調控活性位點和電化學穩定性在集流體基底上構筑化學鍵合的二維非范德華力異質結構是一個理想的選擇。其中，金屬氮化物作為典型非范德華力固體，具有獨特的零帶隙金屬特性，極大地促進了電子傳輸，消除了催化劑界面肖特基勢壘的形成，是電催化領域的研究熱點。然而，它們是通過共價鍵連接的，無法通過傳統的剝離、化學氣相沉積或物理外延生長等方法得到相應的二維材料。因此，制備催化能壘低、電子傳輸快以及結構和電化學穩定性好的二維非范德華力過渡金屬氮化物異質結構是一個很大的挑戰和機遇。

研究出發點

本論文利用巴比妥酸-聚乙二醇低共熔溶劑-金屬鹽嵌入石墨層間的成核生長，在高結晶性的碳紙上構筑與其化學鍵合的二維非范德華力過渡金屬氮化物異質結構(2D CoNC@Co₂N HS @CP)，催化水分解（圖1）。

▲圖1 層間嵌入生長二維非范德華異質結2D CoNC@Co₂N HS @CP催化水分解示意圖

首先，在鈷鹽-聚乙二醇-巴比妥酸低共熔溶劑體系中，小分子巴比妥酸進入石墨層間，利用低共熔溶劑獨特的氫鍵相互作用和絡合作用，進一步將聚乙二醇和鈷離子帶入石墨層間，在石墨層間定向成核生長，得到二維非范德華力氮化鈷Co₂N（1）納米片。

其次，層間嵌入生長得到的二維非范德華力氮化鈷納米片具有很高的表面能，是一種理想的錨定主體，既可與石墨集流體發生化學成鍵作用，又可與活性材料鈷-氮-碳納米片復合形成二維非范德華力異質結構。

最后，集流體上原位生長的二維非范德華力異質結構具有調控氧結合能、增強界面接觸強度和提高電子傳輸能力的優勢，在堿性介質中表現出高的反應活性（水分解電壓1.52 V）和優異的穩定性（280 h），結合理論計算，進一步探究了該協同作用在加速水分解動力學中的機理。

圖文解析

（1）功能化低共熔溶劑的設計合成及其在二維非范德華力異質結構制備中的作用機制

選取聚乙二醇為氫鍵供體，巴比妥酸為氫鍵受體，調控二者的比例，測量其熔點，制備低共熔溶劑，通過一系列的對比實驗，研究制備的低共熔溶劑中的氫鍵網絡、巴比妥酸-金屬前驅體絡合作用以及石墨的層間限域在二維非范德華力金屬氮化物異質結構構筑中的作用機理（圖1）。

▲圖2 功能化低共熔溶劑的設計合成及其制備二維非范德華力異質結構的機制研究

（2）二維非范德華力異質結構的表征及其形成機理探究

▲圖3 二維非范德華力異質結構的表征

在高結晶性的碳紙集流體中的石墨烯層間實現了二維非范德華力Co₂N納米片的選擇性生長，并通過化學鍵合作用形成與集流體之間的互鎖結構，在碳紙外部的Co₂N (1)晶面具有高表面能，可錨定高活性的CoNC，形成2D CoNC@Co₂N HS@CP （圖4）。

▲圖4 二維非范德華力異質結構形成機理研究

（3）2D CoNC@Co₂N HS@CP的水分解性能研究

因為二維非范德華力納米片獨特的性質，在CoNC（活性中心）, Co₂N（橋梁）和CPs（集流體）之間形成了牢固且導電性增強的獨特連接結構，在1 M KOH中，2D CoNC@Co₂N HS@CP表現出很高的活性（分解水電壓1.52 V）和優異的穩定性(280 h)，其性能優于大多數雙功能和非貴金屬基電催化劑（圖5-6）。