科研之友
微信
新浪微博
Facebook
分享链接
摘要
电催化水分解是实现绿色制氢的理想方法之一.然而,阳极析氧反应(OER)固有的缓慢动力学和高理论电压(1.23V),使得电解水制氢的能效受到严重限制.采用理论电位更低和热力学更有利的小分子氧化反应替代OER过程,可以在降低电能耗的同时降解污染物或生成有附加值的产物,能够带来多重效益.尿素氧化反应(UOR)具有较低的理论电压(0.37V),是替代OER的潜在反应之一.然而, UOR中复杂的六电子转移严重阻碍了尿素电解的整体效率.因此,设计经济且高效的电催化剂来促进UOR固有的缓慢动力学过程非常必要.硒化镍具有电子构型多样和结构调控灵活等优点,被认为是有效的UOR催化剂.然而, UOR过程涉及催化剂表面多种反应中间体的吸附/解吸,单相催化剂要同时满足多种反应中间的吸附/解吸是一项艰巨的挑战.众所周知,非均相电催化涉及电子转移以及电催化剂表面反应物和产物的吸附和解吸.因此,催化剂的电催化性能在很大程度上取决于材料表面的电子特性.通过构建异质结构是一种有效策略,可以调节电催化剂的电子结构,优化反应中间体的化学吸附行为,实现不同组份高效协同电催化.研究表明,通过界面工程优化结构和电子特性可进一步促进UOR的动力学.MoSe2具有良好的稳定性和导电性,与镍基催化剂组合构建异质结构能够改善电催化反应中的催化动力学.本文通过简单的水热和低温硒化方法构建了异质NiSe2/MoSe2微球作为UOR的电催化剂.差分电荷密度和Mulliken电荷分析结果表明, MoSe2与NiSe2的耦合引起界面处的电荷重新分布,促使电子从NiSe2向MoSe2转移,更容易形成高价态Ni(NiOOH)活性物种.另外,异质界面的构建优化了催化剂表面的电子结构并调节d带中心,改变反应途径,降低反应能垒,从而提高UOR的反应活性.异质结NiSe2/MoSe2微球由于其独特的结构特征、强的协同耦合作用、增加的活性中心和高含量的高价Ni3+物种的综合优势而具有高效的催化性能.当负载在玻碳电极上时,仅需1.33 V的电压就能驱动10 m Acm-2的电流密度,该活性优于大多数已报道的非贵金属UOR催化剂.将NiSe2/MoSe2催化剂组装到UOR//HER电解槽中时,NiSe2/MoSe2|Pt/C具有较低的操作电压和长期稳定性,在1.47 V的电池电压下电流密度达到10 m Acm-2,比单纯的水电解降低了约220 m V.与OER相比,热力学上有利的UOR可以作为阳极OER替代反应.综上,本文为能源/环境相关的催化反应提供了一个有效的催化剂体系,对构建高效异质结催化系统具有借鉴意义.
-
单位扬州大学; 化学化工学院
