【摘 要】
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电催化分解水可以同时产生氢气与氧气,不需要进行额外且繁琐的后续处理即可获得高纯度的氢气与氧气,通过电解水得到氢气与氧气是解决环境与能源危机等问题的一种十分有效的方法,同时整个过程具有无污染和无碳排放等优势。配位聚合物及其衍生物是一类通过简单的化学合成手段可以获得不同微纳结构的材料,其中纳米片与纳米球是最常见的形貌,这样可以在反应过程中暴露更多的活性位点,加速反应的进行;而过渡金属钴基催化剂拥有较高
【基金项目】
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国家自然科学基金; 江西省自然科学基金;
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电催化分解水可以同时产生氢气与氧气,不需要进行额外且繁琐的后续处理即可获得高纯度的氢气与氧气,通过电解水得到氢气与氧气是解决环境与能源危机等问题的一种十分有效的方法,同时整个过程具有无污染和无碳排放等优势。配位聚合物及其衍生物是一类通过简单的化学合成手段可以获得不同微纳结构的材料,其中纳米片与纳米球是最常见的形貌,这样可以在反应过程中暴露更多的活性位点,加速反应的进行;而过渡金属钴基催化剂拥有较高的电化学活性和耐用性等特性,可以成为贵金属催化剂的“替代者”,同时金属硒化物具有更好的导电性和在酸/碱性电解质中有高的稳定性等优势,因此在钴基电催化剂中引入硒元素调控更有可能表现出改善的OER催化活性和耐用性;然而,传统的无机物掺硒的方式存在硒元素无法稳定在材料中。在本文中,成功设计并合成含硒吡唑基配体双(3,5-二甲基-1H-吡唑基)硒化物(H2Sebmpz)及其不含硒的类似物双(3,5-二甲基-4-吡唑基)甲烷(H2Mtbmpz),在第一个工作中以它们作为构筑单元,通过加热搅拌的方式合成了形貌为纳米片结构的CoSe-MON和Co-MON,并在1 M KOH的溶液中对电催化水氧化性能进行了评估,测试结果为CoSe-MON在10 mA·cm-2的电流密度下的过电位267 mV,远高于对比样Co-MON(367 mV)。在第二个工作对H2Sebmpz与H2Mtbmpz进行处理合成了配位聚合物H2Sebmpz T与H2Mtbmpz T,然后通过负载钴之后进行碳化获得Co-Se-N-C与Co-N-C,同样在1 M KOH溶液中对电催化水分解的性能进行了评估,结果在10 mA·cm-2的电流密度下的过电位分别为310 mV与370 mV,并采用相关的化学手段证明了含硒配体在材料中十分稳定,通过性能测试的结果可知金属硒元素掺入后样品的催化性能得到明显地提升,同时含硒的催化剂在碱性条件下还表现出了良好的反应动力学和高稳定性。本工作为高效OER电催化剂的理性设计提供了新的思路,可以帮助开发具有成本效益的电化学水分解系统或制氧系统。
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