电催化,重磅Science!

MS杨站长 2024-09-15 13:55:36

第一作者:Ranit Ram, Lu Xia, Hind Benzidi, Anku Guha

通讯作者:F. Pelayo García de Arquer

通讯单位:加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所(ICN2)

Prof. Dr. Pelayo García de Arquer是西班牙巴塞罗那ICFO的项目组组长。在完成他的光电子学博士学位后,他在多伦多大学的萨金特小组做了几年富有成效的博士后研究工作。随后,他被任命为新兴光电应用研究主任,在该领域做出了一些具有高度影响力的贡献。他对绿色技术充满热情,并渴望与有类似抱负的优秀学生和科学家合作。

论文速览

析氧反应(OER)是高效节能的水电解制氢和其他太阳能燃料的瓶颈。在质子交换膜水电解(PEMWE)中,贵金属对于该反应的稳定催化通常是必需的。

本研究针对质子交换膜水电解(PEMWE)中析氧反应(OER)的瓶颈问题,提出了一种新型的钨酸钴(CoWO4)催化剂。该催化剂通过层间剥离和水-氢氧根离子交换策略,实现了高活性和耐久性。

研究显示,该催化剂在酸性条件下具有较低的过电位,能够在1.77 V下稳定运行高达600 h,于以往非贵金属催化剂的活性增长三倍。

图文导读

图1:钴离子在Co3O4中的溶解过程以及通过水捕获和氢氧根桥接提高CWO-del-48催化剂稳定性的机理。

图2:通过拉曼光谱、热重分析-质谱联用(TGA-MS)、X射线光电子能谱(XPS)等技术手段,揭示了水分子和氢氧根在CWO-del-48中的捕获和桥接作用。

图3:通过原位拉曼光谱和密度泛函理论(DFT)计算,探讨CWO-del-48催化剂在OER过程中的活性位点和反应机制。

总结展望

本研究开发的CWO-del-48催化剂在PEMWE中表现出色,具有较低的过电位和高稳定性,为非贵金属催化剂在能源转换和存储领域的应用提供了新的可能性。

通过优化催化剂结构和提高电解性能,有望进一步提高电流密度和稳定性,接近或超越现有的铱基系统。未来的研究将集中在深入理解催化剂溶解动力学、开发全地球丰度金属的PEMWE催化剂以及可回收系统。

文献信息

标题:Water-hydroxide trapping in cobalt tungstate for proton exchange membrane water electrolysis

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MS杨站长

简介:德国马普所科研民工,13年材料理论计算模拟经验!