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9159金沙化科院戴志晖课题组在《Advanced Materials》发表研究论文

近日9159金沙化科院戴志晖教授课题组在电化学析氧催化剂的研究方面取得重要突破。相关成果以“2D Electron Gas and Oxygen Vacancy Induced High Oxygen Evolution Performances for Advanced Co3O4/CeO2Nanohybrids”为题发表在Advanced Materials上(Adv. Mater. 2019, 1900062;文章链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201900062)。Advanced Materials是材料领域国际顶级期刊之一,影响因子21.95。

氢能被认为是21世纪最具发展潜力的清洁能源。目前工业规模的氢气主要来自于化石燃料,造成了环境污染问题。电解水是一种绿色、高效的产氢方式,发展前景良好。但是其阳极析氧反应(OER)的动力学缓慢,限制了其大规模发展。虽然目前商业化使用的贵金属氧化物,如RuO2,IrO2等具有优异的电催化OER性能,但是其使用成本较高且循环稳定性有限,因此新型高效、先进OER催化剂的开发意义重大。

Co3O4是一种极具发展潜力的电催化剂,具有良好的电催化OER活性,但是纯Co3O4的导电性不足,电催化性能有待进一步提升。CeO2是一种重要的稀土氧化物,其中的Ce3+和Ce4+之间可以相互转换,不仅可以作为氧的缓冲体而且容易与其他材料耦合。DFT计算表明CeOx可以扰乱Co物种的电子结构,改善其导电性。戴志晖和包建春课题组充分利用Co3O4和CeO2的这些本征优点,设计和成了Co3O4/CeO2杂合纳米结构,这种杂合催化剂表现出明显优于纯Co3O4、CeO2甚至商业化IrO2催化剂的电催化OER性能,10 mA cm-2时的过电势为270 mV。XPS、EELS和DFT计算表明,CeO2的引入不仅增加了Co3O4/CeO2杂合结构中氧缺陷的浓度,有利于电催化性能的提升,而且在Co3O4-CeO2界面处形成了二维电子气(2DEG),导致高的载流子浓度和快速的电子迁移(改善的导电性),因此表现出显著提升的OER性能。

这种2DEG导致的优异的电催化OER性能目前还未见报道,因此本工作为新型先进杂合纳米结构的开发提供了新的思路,具有一定的指导意义。

上述研究工作得到了国家自然科学基金、杰出青年基金、江苏省研究生科研与实践创新计划等项目的支持。

  • 更新时间

    2019年05月17日

  • 阅读量

  • 供稿

    化科院

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