多壳层中空镍钴双金属磷化物纳米球用于高效电催化析氧

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.210288

摘要/Abstract

摘要：

析氧反应是金属-空气电池和电解水制氢等电化学系统中关键的反应，研究其高效稳定非贵金属电催化剂至关重要。本文以金属有机骨架化合物（MOF）作为前驱体，通过高温煅烧制备了具有多壳层中空结构的镍钴双金属磷化物（NiCo-P）。这种独特的结构有利于电解液的渗透，能够提供丰富的暴露活性位点和快速传质路径，同时，镍钴双金属具有协同作用促进电化学性能。结果表明，n（Ni）∶n（Co）=1∶10制备的NiCo-P-0.1催化剂在1.0 mol/L KOH电解液中表现出良好的催化活性和稳定性，在10 mA/cm²电流密度的过电势为329 mV，具有良好的应用前景。本工作为高活性和高稳定性的电催化析氧催化剂的制备提供了一种全新途径。

关键词: 电催化剂, 析氧反应, 中空结构, 双金属磷化物

Abstract:

Oxygen evolution reaction （OER） is a key reaction in electrochemical systems such as metal-air batteries and hydrogen production by electrolysis of water. Research on high-efficiency and stable non-precious metal electrocatalysts is very important. In this paper， nickel-cobalt bimetallic phosphides （NiCo-P） with multi-shell hollow structures were prepared by high-temperature calcination with metal-organic framework （MOF） as precursors. The unique structure is conducive to the penetration of the electrolyte and mass transfer， and can provide a wealth of exposed active sites. At the same time， the nickel-cobalt bimetal has a synergistic effect to promote electrochemical performance. The results show that the NiCo-P-0.1 catalyst prepared with a molar ratio of nickel to cobalt of 0.1 exhibits good catalytic activity and stability in 1.0 mol/L KOH electrolyte， which has good application prospects. This work provides a brand new approach for the development of electrocatalytic oxygen evolution catalysts with highly activity and stability.

Key words: Electrocatalyst, Oxygen evolution reaction, Hollow structure, Bimetallic phosphide

中图分类号:

O611

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图/表 4

图1 NiCo-BTC-0.1的SEM图片（A，B）； NiCoP-0.1的SEM图片（C）、TEM图片（D， E）、HRTEM图片（F）和元素分布图片（G）

Fig.1 SEM images （A， B） of NiCo-BTC-0.1；（C） SEM images，（D， E） TEM image，（F） HRTEM images and （G） corresponding elemental mapping images of NiCoP-0.1

图2 NiCoP-0.1与NiCo-BTC-0.1的XRD图（A）；NiCoP-0.1的N2气吸脱附曲线与孔径分布图（B）和Ni2p（C）、Co2p（D）、P2p（E）和O1s（F）的高分辨XPS图

Fig.2 XRD patterns of NiCoP-0.1 and NiCo-BTC-0.1（A）； Nitrogen adsorption-desorption curve， pore size distribution curve （B） and high-resolution XPS spectra for Ni2p （C）， Co2p （D）， P2p （E），O1s （F） of NiCoP-0.1

图3 NiCoP-0.1、NiCoP-0.5、CoP和Ir/C在1.0 mol/L KOH溶液中的LSV曲线（A）； NiCoP-0.1、 NiCoP-0.5和CoP的塔菲尔曲线（B）； NiCoP-0.1、NiCoP-0.5和CoP的Nyquist曲线（C）； NiCoP-0.1的5000圈CV循环前后的LSV曲线和在1.55 V电势下的计时电流曲线（D）

Fig.3 LSV curves of NiCoP-0.1， NiCoP-0.5， CoP and Ir/C （A）. Tafel plots of NiCoP-0.1， NiCoP-0.5 and CoP （B）. Nyquist plots for NiCoP-0.1， NiCoP-0.5 and CoP （C）. LSV curves of NiCoP-0.1 before and after 5000 CV cycles and chronoamperometry （I-t） curve at 1.55 V （D）

图4 NiCoP-0.1（A）、NiCoP-0.5（B）和CoP（C）在不同扫描速度下的CV曲线和在1.10 V电压下的电流密度与扫描速度的关系（D）

Fig.4 NiCoP-0.1（A）， NiCoP-0.5（B） and CoP（C） CVs at different scan rates from 10， 20， 30， 40 to 50 mV/s and current density at 1.10 V plotted against scan rate of NiCoP-0.1，NiCoP-0.5 and CoP （D）

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