Новый взгляд на реакцию выделения водорода с использованием Ni

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8359 (2023) Цитировать эту статью

351 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Одной из серьезных проблем настоящего времени является поиск недрагоценных материалов, характеризующихся эффективным электрокаталитическим поведением, чтобы заменить дорогие материалы на основе платины для целей реакций выделения водорода (HER). В этом исследовании ZIF-67 и ZIF-67 использовались в качестве прекурсоров для успешного изготовления легированного металлами N-обогащенного углерода посредством простого процесса пиролиза для применения реакции выделения водорода. Кроме того, в ходе процедуры синтеза к этим структурам добавлялся никель. При высокотемпературной обработке ZIF-67, легированный никелем, превращался в металлический углерод, легированный NiCo, обогащенный N (NiCo/NC), при высокотемпературной обработке ZIF-8, легированный Ni, превращался в металлический углерод, легированный NiZn, обогащенный N (NiZn/N). НК). Путем объединения металлических прекурсоров были синтезированы следующие пять структур: NiCo/NC, Co/NC, NiZn/NC, NiCoZn/NC, а также CoZn/NC. Примечательно, что полученный Co/NC демонстрирует оптимальную активность реакции выделения водорода наряду с превосходным перенапряжением 97 мВ и минимальным наклоном Тафеля 60 мВ/декабрь при 10 мА · см. Кроме того, превосходное поведение реакции выделения водорода можно объяснить многочисленными активными центрами, превосходной электропроводностью углерода и прочной структурой. В результате настоящая статья предлагает новую стратегию производства недрагоценных материалов, характеризующихся превосходной эффективностью HER для будущих ученых.

Последние несколько десятилетий стали свидетелями широкого использования традиционных видов ископаемого топлива, например, нефти и керосина, в различных областях, что привело к значительному вкладу в инфраструктуру наших обществ1,2,3. Тем не менее, их чрезмерное потребление привело к крайне негативным последствиям, включая глобальное потепление и загрязнение окружающей среды. Кроме того, традиционное ископаемое топливо считается невозобновляемым источником энергии3,4.

Таким образом, необходимо найти устойчивые, возобновляемые и экологически чистые источники энергии. Водород считается чистым источником энергии1,5. Самый эффективный подход, используемый для создания водорода посредством реакций выделения водорода (HER), — это расщепление молекул воды6,7,8. В результате разработка эффективных электрокатализаторов для реакций выделения водорода является критическим и необходимым шагом. Насколько нам известно, наиболее эффективными электрокатализаторами для целей ГЭР являются материалы на основе платины9,10.

Однако из-за малой распространенности земли и высокой стоимости этих материалов их практическое применение ограничено. Таким образом, необходима разработка высокоземельных и недрагоценных электрокатализаторов, характеризующихся высокоэффективной активностью HER. В последние годы материалы на основе переходных металлов привлекли большое внимание, что объясняется их более низкой стоимостью, превосходной электрокаталитической активностью для целей HER и изобилием земли11,12,13,14. Например, приняв гидротермальные реакции и методы селенилирования, Zhou et al. подготовили нанокристаллы CoSe, встроенные в нанонити углерода (CoSe22@CNWs), и использовали их в качестве катализатора для HER15. Эти ученые сообщили об исключительной долговечности и превосходной HER-активности CoSe@CNW. Путем прямой карбонизации оксида графена (GO) и Ni-MOF-74 Се и его коллеги успешно получили Ni/NiO@C/GR-tw, который использовался в качестве катализатора для производства водорода16. Ni/NiO@C/GR-900-8 характеризуется превосходными электрокаталитическими характеристиками наряду с умеренным тафелевским наклоном 44 мВ/декабрь и небольшим перенапряжением 108 мВ при 10 мА/см217. Ван и др. изготовили катализаторы Co–N–C на основе ПАНИ при повышенных температурах, а также изучили вклад состава и температуры в эффективность реакции выделения водорода. Они обнаружили, что CoCN может служить активным центром в ходе HER. Большое количество ученых внесли свой вклад в оптимизацию и разработку электрокаталитического поведения веществ на основе переходных металлов и сделали возможным их использование в качестве потенциальных заменителей материалов на основе платины в процессе HER18,19.