産業資訊 / Industry

江蘇大學Fengxian Qiu課題組–二維金屬-有機框架衍生的層狀CuS@C的制備及其作為氫析出反應的有效和穩定的電催化劑

鑒于能源危機和環境污染,迫切需要設計和構建高效、穩定的用于生産清潔氫能源的電催化劑。在這項工作中,首先通過一種簡便有效的自下而上的方法,以Cu2O立方作為Cu2+源前體,合成了二維含銅金屬有機骨架(Cu-BDC納米片)。随後,通過硫化Cu-BDC納米片制備了層狀CuS@C,将其作為有效的氫析出反應(HER)電催化劑。詳細讨論了催化劑的結構和化學組成對電催化活性的影響。實驗結果表明,優化的層狀CuS@C具有較高的HER催化活性,在128 mV的低過電勢和44 mV/dec的Tafel斜率下可提供10 mA cm2的電流密度。層狀CuS@C增強的HER電催化活性可能歸因于2D Cu-BDC前體的結構優勢,這使衍生的電催化劑具有較高的比表面積和暴露的活性位點的百分比。此外,由于碳基體的保護,所獲得的催化劑在酸性、堿性和中性介質中顯示出高的電催化穩定性,使其成為用于生産清潔氫能源電極的潛在候選者。

Figure 1. 制備層狀CuS@C納米催化劑的示意圖。

Figure 2. (a)Cu2O立方體和(b)Cu-BDC納米片的SEM圖像;Cu-BDC納米片的(c-d)TEM圖像和(e)AFM圖像;Cu2O立方體、Cu-BDC納米片、模拟的Cu-BDC(CCDC編号:687690)和CuS納米顆粒的XRD圖譜。

Figure 3. 分層CuS@C的(a,b)SEM,(c,d)TEM,(e)HRTEM圖像(插圖:線輪廓)和(f)SAED模式;(g)層狀CuS@C的元素圖譜,表明均勻地存在Cu、S和C元素。

Figure 4. (a)在0.5 M的H2SO4溶液中,Pt/C、層狀CuS@C、塊狀CuS@C、塊狀CuS、Cu@C和玻璃碳電極(GC)的LSV極化曲線、(b)相應的Tafel圖;(c)EIS光譜(Rs:溶液電阻;Rct:電荷轉移電阻);(d)在0.26 V vs. RHE下,電容作為掃描速率的函數。

Figure 5. (a)層狀CuS@C在1000次循環耐久性試驗之前和之後的LSV極化曲線;(d)層狀CuS@C在128 mV的過電勢下持續20 h的計時電流密度曲線;在(c)1 M KOH和(d)1 M磷酸鹽緩沖液(pH=7.4)中進行1000次循環之前和之後,層狀CuS@C的LSV極化曲線。

相關研究成果于2019年由江蘇大學Fengxian Qiu課題組,發表在Electrochimica Acta(https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.134856)上。原文:2D metal-organic frameworks-derived preparation of layered CuS@C as an efficient and stable electrocatalyst for hydrogen evolution reaction。

本文來自石墨烯雜志,本文觀點不代表利特納米立場,轉載請聯系原作者。

免费观看在线污污的视频,免费视频在线观看