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江蘇大學(xué)沈小平課題組--FeNi@氮摻雜石墨烯分散在氮摻雜碳基質(zhì)上的熱合成及其作為析氧電催化劑的應(yīng)用
采用含量豐富的元素,通過低成本和簡便的方法制造非貴金屬和高活性電催化材料,以在低過電勢下驅(qū)動氧氣析出反應(yīng)(OER)對于許多先進的能源技術(shù)而言非常重要。在此,通過容易的一步熱解法合成分散在氮摻雜碳基質(zhì)上具有FeNi@氮摻雜石墨烯的非貴金屬催化劑(稱為FeNi@NGE/NC)。在該復(fù)合材料中,用少量氮摻雜石墨烯封裝的FeNi合金納米顆粒均勻地錨定在氮摻雜的碳基質(zhì)上。FeNi@NGE/NC復(fù)合材料具有出色的OER電催化性能,在1 M KOH溶液中10 mA cm-2下具有275 mV的低過電位,41.2 mV dec-1的小Tafel斜率和高穩(wěn)定性。即使在低濃度的堿性溶液(0.1 M KOH)下,它仍然對OER顯示出良好的活性,372 mV的過電位下即可驅(qū)動10 mA cm-2的電流密度FeNi@NGE/NC復(fù)合材料的優(yōu)異OER性能主要歸因于從FeNi合金到氮摻雜石墨烯殼的快速電子轉(zhuǎn)移以及由于石墨烯殼和碳基質(zhì)的保護而具有的高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這項工作可以為大量合成非貴金屬/氮摻雜碳復(fù)合電催化劑開辟一種簡便低成本的方法,以滿足實際應(yīng)用。

Figure 1. FeNi@NGE/NC復(fù)合材料的合成示意圖。


Figure 2. (a-d)FeNi@NGE/NC復(fù)合物的TEM圖像;(e,f)具有碳殼和結(jié)晶核的FeNi@NGE/NC復(fù)合物中納米顆粒的HRTEM圖像;FeNi@NGE/NC的(g)暗場TEM和(h)Ni、(i)Fe、(j)C和(k)N的相應(yīng)元素映射圖像。


Figure 3. 所制備的產(chǎn)物RuO2和20%Pt/C在1 M KOH溶液中的電化學(xué)OER催化活性:(a)極化曲線和(b)相應(yīng)的Tafel曲線。


Figure 4. 所制備的產(chǎn)物RuO2和20%Pt/C在1 M和0.1 M KOH溶液中的OER性能:(a)極化曲線和(b)相應(yīng)的Tafel曲線。


Figure 5. (a)合成樣品的奈奎斯特圖;插圖:用于擬合實驗數(shù)據(jù)的等效電路;(b)FeNi@NGE/NC在初始和5000次CV循環(huán)后的LSV極化曲線;插圖:i-t曲線。

       相關(guān)研究成果于2019年由江蘇大學(xué)Xiaoping Shen課題組,發(fā)表在ACS Appl. Energy Mater(DOI: 10.1021/acsaem.9b00199)上。原文:Thermal Synthesis of FeNi@Nitrogen-Doped Graphene Dispersed on Nitrogen-Doped Carbon Matrix as an Excellent Electrocatalyst for Oxygen Evolution Reaction。

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