电化学分解可用于以适合存储可再生能源的规模产生绿色氢。因此,如果要以所需的规模开发出能量季节性存储,则氢进化反应(HE)和氧气进化反应(OER)的催化剂的选择至关重要。一个关键方面是用更便宜的替代品代替诸如FE,CO,NI和MN的替代品,这是本演讲的重点。在这里,我们证明了实验室合成的纳米材料可以使用的替代方法,这些纳米材料对OER和她有效,许多材料基于目前在非常大规模的材料中,例如;铁矿石包含她和OER所需的许多活跃元素,可以简单地修饰的不锈钢,并从用过的电池材料中回收锰氧化物。i还将讨论双功能电催化剂的概念,并讨论这对整体电化学水分裂以及上述材料的潜在适用性意味着什么,以证明HER和OER活性。关键字:电催化;水分裂;氢产生。致谢澳大利亚研究委员会(ARC)通过ARC Discovery计划和澳大利亚可再生能源机构(Arena)。介绍作者的传记
基于微电极上葡萄糖电氧化的紧凑型电化学装置[1-4]具有广泛的应用范围,包括食品工业(果汁中葡萄糖含量的分析)[5,6]和医学(作为植入式心脏刺激器的电源和血液中的葡萄糖传感器)[7-10]。在宏观紧凑电极上最大化电流(和功率)密度的一种方法依赖于纳米结构表面,这增加了电化学活性的比表面积。纳米多孔阳极氧化铝(AAO)提供了一个有趣的模板系统,可通过涂敷电催化剂来创建此类电极。它们平行的圆柱形孔隙的几何形状有利于在紧凑的体积中提供高表面积,同时允许有效地往返于表面的运输,从而优化系统的整体催化活性[11-13]。 AAO 作为模型模板系统最吸引人的特点是可以根据制备参数(阳极氧化电压和持续时间、电解质类型、随后的各向同性化学蚀刻)直接控制几何参数(孔径和长度、孔间距)[14,15]。AAO 模板合成的制备技术得到了广泛的研究:开发了不同质量的合成方法
高熵合金 (HEA) 具有几乎无限数量的可能成分,引起了材料科学的广泛关注。除了耐磨和耐腐蚀涂层之外,它们作为可调电催化剂的应用最近也成为关注的焦点。另一方面,HEA 表面的基本特性,如原子和电子结构、表面偏析和扩散以及 HEA 表面的吸附,却鲜有探索。研究的缺乏是由于单晶样品的可用性有限。在本研究中,报道了面心立方 (fcc) CoCrFeNi 薄膜在 MgO(100) 上的外延生长。通过 X 射线衍射 (XRD)、能量色散 X 射线光谱 (EDX) 和透射电子显微镜 (TEM) 对其表征表明,具有均匀且接近等摩尔元素组成的层沿 [100] 方向取向并与它们形成突变界面的基材对齐。采用 X 射线光电子能谱 (XPS)、低能电子衍射 (LEED) 和角分辨光电子能谱研究 CoCrFeNi(100) 的化学成分和原子及电子结构。结果表明,外延生长的 HEA 膜有可能填补样品间隙,从而可以对整个成分空间内明确定义的 HEA 表面的性质和过程进行基础研究。
为探索节约能源、促进能源再生的途径,本文介绍了新型高熵合金材料的合成及其在能源转换与储存方面的应用。通过分析其高强度、抗回火、抗软化等性能,制备了一种新型高熵合金材料。根据其微观组织和铸态组织,研究了新型高熵合金的电化学性能。实验结果表明,与FeSn2相比,新型高熵合金材料在循环充电过程中的容量、电化学性能、容量稳定性和倍率均具有较大优势;在较低的退火温度下,实心Co纳米颗粒在纳米尺度上通过kirkentel效应进一步转变为空心Co3O4纳米球。 NC-Co 3 O 4 纳米复合材料作为锌空气电池阴极表现出优异的 OER 和 ORR 性能:低过电位 352 mv、高初始还原电位 0.91 v 和半波电位 0.87 v、高开路电压 1.44 v、电容 387.2 mah/g 和优异的循环稳定性。来自高熵合金-74 的 Nico 双金属磷化物纳米管是有效的水分解电催化剂。
这些应用在很大程度上依赖于 ORR 电催化剂的效率。 [1] 目前,Pt 基催化剂为 ORR 提供了最佳的全面性能属性,尽管 Pt 基催化剂的高成本和中等耐用性阻碍了它们在整个能源领域的可持续利用。 [2] 近年来,在碳载体上具有 M–N x 位点(M = Fe、Co、Ni 等)的异质单原子催化剂 (SAC) 已经成为很有前途的 ORR 催化剂。 [3] SAC 具有高金属原子利用率(理论上 ≈ 100%)、高本征活性和低成本的关键优势。 [4] 在具有不同金属中心的 M–N x /C 催化剂中,Fe–N 4 /C 催化剂具有最佳的 ORR 活性。 [5] 然而,由于 ORR 过程中形成的氧中间体的吸附能略微过强,Fe–N 4 位点的活性仍然不是最佳的。 [6] 因此,优化 ORR 中间体与 Fe–N 4 位点之间的键合是提高 Fe–N 4 /C 材料 ORR 电催化性能的合理方法。调节 Fe–N 4 位点上 d 轨道的占有率会影响 ORR 中间体的吸附能。Fe–N 4 位点上 d 轨道的能级对
我们报告了CO – P - O纳米颗粒(NPS)的简单制造方法,通过电镀碳布支架上的纳米颗粒(NP)。co - p - o在水电解中表现出异常的双功能催化性催化性,由于中间体的优化吸附能以及钴金属纳米颗粒的出色导电性,同时产生氢(H 2)和氧(O 2)气体。CO - P - O分别以190 mV和280 mV的氢进化反应(HE)和氧气进化反应(OER)达到10 mA/cm 2的几何电流,而其连续的催化纳米粒子在碳纤维上确保具有微小电阻的高电荷运输。观察到,co – p - o电极的性能远远超过了碳布的性能,接近由贵族电催化剂PT/C和RUO 2设置的基准测试。使用CO - P - O电极基于两电池电池的碱性电解器,在1.64 V时表现出双功能水分,在1.64 V和1.98 V时,在10和100 mA/cm 2时。此外,碱性电解剂在50 mA/cm 2的电流密度下表现出稳定的电催化活性。
然而,CO 2 分子的单碳(C 1 )性质和化学稳定性对碳 - 碳(C - C)键偶联反应造成了巨大障碍,从而限制了 CO 2 转化为 C 2+ 的效率。4 – 7 已证明,催化剂表面吸附的 CO 中间体(* CO)的充分覆盖对于二聚化和质子化形成 C 2+ 产物至关重要。4,8 – 10 到目前为止,可以促进* CO 覆盖和/或抑制 CO 逃逸的催化剂设计策略有望实现深度 CO 2 还原,以高选择性和效率生成有价值的 C 2+ 产品。在所有策略中,具有凹面的催化剂已表现出对反应中间体的非凡限制。 4,11,12例如,Cu 2 O 腔体通过对碳中间体进行空间约束,使 C 2+ 法拉第效率 (FE) 达到 75.2 ± 2.7%,4 而通过优化 Cu 2 O 空心多壳结构的约束效应,最大 C 2+ FE 达到 77.0 ± 0.3%。11遗憾的是,这些研究中报告的约束效应不足以在安培级电流密度下实现高 C 2+ 选择性,从而阻碍了它们的实际应用。此外,缺乏对结构 - 性能关系的理解,这阻碍了生产具有更高效电催化剂的精细设计。为了解决这些问题,有序多孔 Cu 2 O
使用聚合物电解质膜 (PEM) 进行电解的前景十分光明。[4,5] 缺点是,发生在阳极的氧析出反应 (OER) 表现出缓慢的动力学,因此妨碍了高效的整体电化学水分解。[5,6] 大规模电解需要价格实惠且活性高的电催化剂。[7] Ir-[8–10] 和 Ru-[11,12] 材料在酸性电解质中表现出最高的催化 OER 活性。由于其更高的稳定性,Ir-基催化剂代表了最先进的阳极材料。 [8,13,14] 为了提高活性贵金属的利用率,人们尝试了不同的方法,如将 IrOx 与地球上储量丰富的金属氧化物(TiO2、[15] Ta2O5、[16] SnO2[17])合金化,将 IrOx 以纳米晶体的形式分散在高表面积载体材料上(Sb 掺杂的 SnO2[18]),或通过模板工艺引入明确的纳米结构。[10,19] 然而,在添加绝缘过渡金属氧化物(如 TiO2[20] 或 Ta2O5)后,电导率经常会下降。[21] 至于载体材料的稳定性,掺杂已被证明可以提高耐腐蚀性,但大多数载体材料在酸性下稳定性较差。 [22] 感兴趣的读者可以参阅 Maillard 等人撰写的一篇综合评论。[23]
多孔碳材料在许多用于存储和转换的电化学设备中具有非常重要的意义。因此,对具有改进的化学和结构特性的新碳材料的设计越来越感兴趣,从而增强其电化学性能,从而提供高能量和功率密度以及长期的循环性。为了满足这一要求,研究人员正在不断寻找满足上述验证的新型碳材料。在这方面,碳纳米球(CNSS)引起了极大的关注,因为除了碳材料的典型特征外,它们具有短的扩散途径,可提供快速动力学,这是先进的电化学能源系统的重要特征。本综述总结了用于生产非空心碳纳米球的合成策略,包括基于硬使用的方法(例如二氧化硅)或软(例如表面活性剂)模板以及无模板的程序,涉及聚合物纳米球的产生及其转化为CNSS和多孔碳纳米球(PCNSS)。此外,在储能设备(例如超级电池,电池)中使用CNSS和PCNS作为电极(例如碱,锂硫等。)或锂离子电容器以及用于能量转化的ORR电催化剂。©2021作者。由Elsevier Ltd.这是CC BY-NC-ND许可证(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)下的开放访问文章。
使用聚合物电解质膜 (PEM) 进行电解的前景十分光明。[4,5] 缺点是,发生在阳极的氧析出反应 (OER) 表现出缓慢的动力学,因此妨碍了高效的整体电化学水分解。[5,6] 大规模电解需要价格实惠且活性高的电催化剂。[7] Ir-[8–10] 和 Ru-[11,12] 材料在酸性电解质中表现出最高的催化 OER 活性。由于其更高的稳定性,Ir-基催化剂代表了最先进的阳极材料。 [8,13,14] 为了提高活性贵金属的利用率,人们尝试了不同的方法,如将 IrOx 与地球上储量丰富的金属氧化物(TiO2、[15] Ta2O5、[16] SnO2[17])合金化,将 IrOx 以纳米晶体的形式分散在高表面积载体材料上(Sb 掺杂的 SnO2[18]),或通过模板工艺引入明确的纳米结构。[10,19] 然而,在添加绝缘过渡金属氧化物(如 TiO2[20] 或 Ta2O5)后,电导率经常会下降。[21] 至于载体材料的稳定性,掺杂已被证明可以提高耐腐蚀性,但大多数载体材料在酸性下稳定性较差。 [22] 感兴趣的读者可以参阅 Maillard 等人撰写的一篇综合评论。[23]
