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清华深圳国际研究生院司知蠢课题组Nano [复制链接]

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氢能被认为是下一代理想的绿色能源,其燃烧热值高、清洁无污染,是人类社会实现绿色可持续发展的理想能源,但其大规模制取仍然受制于高性能催化剂的制备。碳量子点(CQDs)是一种尺寸小于10nm的新型碳纳米材料,表面具有丰富的含氧基团,特别有利于H+和H2O等吸附、迁移和解离,是水分解反应潜在的催化剂或者催化助剂。

清华大学深圳国际研究生院材料研究院司知蠢和康飞宇课题组通过浸渍还原法在碳纳米管上接枝CQDs的同时将1%的Pt分散为几个原子的团簇,制备出贵金属高度分散的Pt/CQDs/CNTHER电催化剂。

制备过程如图1所示。透射电子显微镜和X射线吸收精细结构谱证实催化剂中的Pt为高度分散的原子团簇,而电化学性能测试结果表明1%Pt/CQDs/CNT在0.5MH2SO4电解质溶液中具有优异的电解水HER性能,10mAcm-2的电流密度时仅需29mV的过电势,Tafel斜率也仅有22mV/dec,远优于商用20%Pt/C的催化性能,经过圈循环稳定性测试之后,其仍表现出优于20%Pt/C的HER性能。该催化剂优异的电解水性能主要归因于两点:一是CQDs对Pt物种的高效分散作用大大增加了HER反应的活性位点数量;二是CQDs将电解质溶液中的大量H+吸附富集在催化剂表面,使得Pt原子团簇活性位点附近的H+浓度大幅增加,因而HER反应过程得以快速进行。而且利用导电性良好的CNT作为载体和集流体还能防止接枝在其表面的CQDs因亲水性太强而溶解在电解质溶液中。

图1.Ptatomicclusters/CQDs/CNT制备过程示意图

图2.(a)1%Pt/CNTSTEM图;(b)~(d)1%Pt/CQDs/CNTSTEM图

图3.1%Pt/CQDs/CNT,PtO2及Pt箔的(a)XANES和(b)EXAFS图

图4.催化剂在0.5MH2SO4中的(a)LSV曲线,(b)过电位,(c)Tafel斜率和(f)CV循环测试;催化剂在(d)1MKOH和(e)1MPBS中的性能

研究者相信该工作提供了一种简单经济的制备方法来合成高效电解水HER催化剂,为CQDs在电催化领域的应用提供了新的思路。

论文信息:

StablePtatomicclustersoncarbonnanotubesgraftedwithcarbonquantumdotsaselectrocatalystforH2evolutioninacidicelectrolyte

JunweiLiang,YuxiangLiu,RongzhengLiu,SufanZheng,ZhichunSi*,DuanWeng,FeiyuKang

NanoSelect

DOI:10./nano.

点击左下角“阅读原文”,查看该论文原文。

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Select

期刊简介

NanoSelect是创刊于年的综合开放获取期刊。期刊收稿范围广泛,涵盖纳米或微米尺度下的理论研究、实验结果、工业应用等各领域,读者范围广。该刊发表原创研究论文及综述文章。

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