化學所開發出新型高效電解水催化劑

據中國科學院網站報道：氫能是一種理想的能源載體，開發大規模
、廉價、清潔、高效的製氫技術是氫能有效利用的關鍵。電解水由於環境友好、chanpinchundugaoyijiwutanpaifangerchengweijuyouyingyongqianjingdelvsezhiqingfangfazhiyi。xianzhidianjieshuizhiqingdaguimoyingyongdezuizhongyaopingjingshiruhedafujiangdiqidiannengxiaohao
，yinerdafujiangdizhiqingchengben。qiguanjianshiruheyouxiaojiangdidianjishangxiyangfanying(OER)和析氫反應(HER)的過電位
，實現在低槽壓下的大電流產氫。因此，發展廉價、易製備的高效電解水催化劑備受關注。

在國家自然科學基金委、科(ke)技(ji)部(bu)和(he)中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)院(yuan)戰(zhan)略(lve)性(xing)先(xian)導(dao)科(ke)技(ji)專(zhuan)項(xiang)的(de)支(zhi)持(chi)下(xia)，中(zhong)科(ke)院(yuan)化(hua)學(xue)研(yan)究(jiu)所(suo)分(fen)子(zi)納(na)米(mi)結(jie)構(gou)與(yu)納(na)米(mi)技(ji)術(shu)重(zhong)點(dian)實(shi)驗(yan)室(shi)研(yan)究(jiu)員(yuan)胡(hu)勁(jin)鬆(song)課(ke)題(ti)組(zu)科(ke)研(yan)人(ren)員(yuan)在(zai)氫(qing)能(neng)的(de)清(qing)潔(jie)獲(huo)取(qu)與(yu)應(ying)用(yong)研(yan)究(jiu)方(fang)麵(mian)開(kai)展(zhan)了(le)係(xi)列(lie)研(yan)究(jiu)（ACS Nano 2016, 10, 851; Nano Energy 2016, 28, 319; Adv. Sci. 2017, 4, 1700084; J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 3570）。最近，他們針對電解水過程中陽極析氧反應比動力學緩慢、guodianweigaodewenti

，yanjiufaxiantongguoduiyuanbenhuoxingbugaodanzhibeiguochenghuanjingyouhaodexiyangcuihuajijinxingweiguanxingmaoyijidianzijiegoudetiaokong
，keyidafutishengqidiancuihuaxiyanghuoxingyuwendingxing，weituozhandianjieshuidianjicailiaodexuanzetigonglelingyizhongtujing。tamenyanjiufaxianpengsuannie(II)(Ni3(BO3)2)納米催化劑的電催化析氧性能與其結晶度密切相關
，並通過調控其結晶度，首次獲得了OER性能優異的新型硼酸鎳(II)析氧電催化劑(圖1)。這一通過調控電催化劑結晶程度來精細調控電催化劑性能的研究結果為開發新型低成本


、高效電催化劑提供了嶄新的思路。相關研究結果於近期發表在Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 6572上，並被《物理化學學報》以highlight形式報道。

此外
，堿式碳酸鹽製備方法簡單、經濟、環huan保bao，但dan其qi電dian催cui化hua分fen解jie水shui的de性xing能neng不bu佳jia。科ke研yan人ren員yuan近jin日ri研yan究jiu發fa現xian通tong過guo向xiang堿jian式shi碳tan酸suan鈷gu中zhong引yin入ru錳meng，實shi現xian對dui其qi微wei觀guan形xing貌mao和he電dian子zi結jie構gou的de雙shuang重zhong調tiao控kong，可ke以yi大da幅fu度du提ti升sheng其qi電dian催cui化hua分fen解jie水shui性xing能neng
，使shi原yuan本ben沒mei有you應ying用yong前qian景jing的de堿jian式shi碳tan酸suan鹽yan類lei材cai料liao成cheng為wei可ke與yu最zui近jin報bao道dao的de高gao性xing能neng硫liu化hua物wu、磷化物等媲美的、可在大電流下工作的新型雙功能全水分解電催化劑(圖2)。這一研究不僅拓寬了低成本高效電解水催化劑的選擇範圍，而且有助於理解催化劑的構效關係，為開發新型、環境友好
、可實際工作的高效低成本電催化劑提供了新的思路。相關研究結果發表在J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 8320上。

圖1 (a-b) 部分結晶的Ni3(BO3)2包覆Ni3B納米顆粒(pc-Ni-Bi@NB)的TEM照片
；(c) pc-Ni-Bi@NB與文獻報道催化劑的OER活性比較圖
；(d-e) 不同結晶度Ni3(BO3)2包覆Ni3B的電催化析氧TOF曲線及在過電位300 mV處的TOF值(1：非晶；2-5：結晶程度依次增加)。

圖2 (a) 錳摻雜堿式碳酸鈷(CoxMnyCH)納米片陣列電解水催化劑的示意圖；(b) CoxMnyCH催化劑的電化學活性麵積與Co/Mn比例的關係圖；(c) CoxMnyCH催化劑的析氧極化曲線；(d) CoxMnyCH催化劑的析氫極化曲線。