電化學水分解制氫是緩解能源危機和環(huán)境問題的有效方法。在酸性條件下制氫具有許多優(yōu)勢,高H+濃度能夠促進了離子傳輸,改善析氫反應(HER)。然而,對于OER半反應,到目前為止還沒有穩(wěn)定且廉價的OER催化劑可以在酸性介質中的高電位和/或電流密度下工作(即使是高活性的RuO2也存在嚴重的失活問題)。
基于此,西班牙加泰羅尼亞化學研究所José Ramón Galán-Mascarós和巴斯克大學Sara Barja等制備了氮摻雜碳涂覆的Co3O4納米粒子(Co3O4@C),其能夠在酸性條件下進行穩(wěn)定析氧。
具體而言,所制備的工作陽極中結合了兩種有效的策略:1.將含量豐富的金屬元素中加入具有納米結構的OER催化劑以最大化活性表面積;2.導電碳載體支撐和由石蠟油和石墨粉制成的部分疏水粘合劑協(xié)同,增強了電極表面的疏水性,這可以避免金屬氧化物的適當溶劑化,從而阻止它們的溶解。因此,Co3O4@C在酸性條件下具有優(yōu)異的OER活性和穩(wěn)定性。
在1.0 M H2SO4溶液中,Co3O4@C/GPO在10 mA cm-2電流密度下的過電位≤398 mV;在100 mA cm-2電流密度下連續(xù)運行43個小時后,Co3O4@C/GPO上的電位僅增加27 mV。
此外,在加速降解測試(ADT)中,優(yōu)化的40-Co3O4@C/GPO電極在約600次CV循環(huán)后也表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性,在10 mA cm-2電流密度的過電位僅增加14 mV。總的來說,Co3O4@C/GPO電極達到和維持的電流密度足以滿足光電化學(PEC)器件的需求,同時研究人員正在研究將這些酸穩(wěn)定電極組合為光活性半導體的助催化劑。
Sustainable Oxygen Evolution Electrocatalysis in Aqueous 1 M H2SO4?with Earth Abundant Nanostructured Co3O4.?Nature Communications, 2022.?DOI: 10.1038/s41467-022-32024-6
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