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铁掺杂NiSe2纳米线的合成及其表面致密氧化

时间:2018-03-26 10:20来源:材料人 作者:emat信息发布 点击:
【引言】

    超薄纳米结构至少具有一个尺寸在5纳米以下的尺寸,由于其具有吸引人的性能,因此与其用于各种应用的块体相比具有相当大的优势。直径<2nm的超薄纳米线(UNWs)由于其独特的量子限制效应,增加的比表面积和高表面原子比率而特别具有吸引力。不幸的是,由于难以控制这种原子级别的增长,制备这些UNWs仍然是一个挑战。过渡金属硫族化合物是有希望的电催化剂,但制造超薄结构(亚2nm)仍然很困难,其化学掺杂的实现更具挑战性。

【成果简介】

    近日,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室俞书宏、高敏锐(共同通讯)等人描述了直径低至1.7nm的Fe-掺杂的NiSe2超薄纳米线(UNWs)的软模板介导的胶体合成。 油胺和1-十二烷硫醇之间的协同相互作用对于产生这些UNWs是至关重要的。被限制在超薄支架表面原位形成的无定形氢氧化物层能够实现有效的氧析出电催化。UNWs在0.1 M KOH中10 mA cm-2时表现出非常低的268 mV超电势,以及卓越的长期稳定性,是最高效的无贵金属催化剂之一。相关成果以题为“Synthesis of Sub-2 nm Iron-Doped NiSe2 Nanowires and Their Surface-Confined Oxidation for Oxygen Evolution Catalysis”发表在了Angewandte Chemie International Edition上。

【图文导读】

图1 UNWs合成的示意图
a)二元软模板介导的Fe-NiSe2 UNWs合成的示意图
b-d)Fe-NiSe2 UNWs的(b)TEM图像,(c)HAADF-STEM图像和(d)HR-HAADF图像
e)Fe-NiSe2 UNWs的STEM-EDS元素映射图像
f)在NiSe2,Fe-NiSe2样品和Ni参比的Ni K边缘附近的归一化XANES光谱
g)Fe-NiSe2样品和Fe参考物的Fe K边缘附近的归一化XANES光谱

图2 极化曲线
a)裸GC电极和改性GC电极上OER的极化曲线
b)来自(a)的相应催化剂的塔菲尔图
c)比较不同量掺铁样品和商业RuO2的η,Tafel斜率,质量活度和TOF
d)计时电位法曲线

图3 性能分析
a-c)(a)Ni2p3/2,(b)Se3d和(c)稳定性试验前后Fe-NiSe2 UNWDs的O1s XPS谱
d)稳定性测试后Fe-NiSe2 UNW-Ds的TEM和STEM-EDS元素映射图像
e)稳定性试验后Fe-NiSe2 UNW-Ds的HAADF-STEM图像
f)OER过程的吉布斯自由能变化图

【小结】

    该研究展示了直径低至1.7nm的Fe-NiSe2 UNWs的二元软模板合成。发现掺杂的UNWs允许有效的析氧催化剂,在0.1M KOH中10mA cm2下具有268mV的低η,并且具有显著的稳定性,是最有效的无贵金属OER催化剂之一。该结果不仅丰富了超薄纳米材料的合成库,而且为新型先进的OER催化剂的设计提供了有前途的策略。
(责任编辑:zhangfei@emat.com.cn)
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