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奮進南師

我?;圃捍髦娟涂翁庾樵凇禔dvanced Materials》發表研究論文

近日我?;圃捍髦娟徒淌誑翁庾樵詰緇鲅醮呋戀難芯糠矯嬡〉彌匾黃?。相關成果以“2D Electron Gas and Oxygen Vacancy Induced High Oxygen Evolution Performances for Advanced Co3O4/CeO2Nanohybrids”為題發表在Advanced Materials上(Adv. Mater. 2019, 1900062;文章鏈接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201900062)。Advanced Materials是材料領域國際頂級期刊之一,影響因子21.95。

氫能被認為是21世紀最具發展潛力的清潔能源。目前工業規模的氫氣主要來自于化石燃料,造成了環境污染問題。電解水是一種綠色、高效的產氫方式,發展前景良好。但是其陽極析氧反應(OER)的動力學緩慢,限制了其大規模發展。雖然目前商業化使用的貴金屬氧化物,如RuO2,IrO2等具有優異的電催化OER性能,但是其使用成本較高且循環穩定性有限,因此新型高效、先進OER催化劑的開發意義重大。

Co3O4是一種極具發展潛力的電催化劑,具有良好的電催化OER活性,但是純Co3O4的導電性不足,電催化性能有待進一步提升。CeO2是一種重要的稀土氧化物,其中的Ce3+和Ce4+之間可以相互轉換,不僅可以作為氧的緩沖體而且容易與其他材料耦合。DFT計算表明CeOx可以擾亂Co物種的電子結構,改善其導電性。戴志暉和包建春課題組充分利用Co3O4和CeO2的這些本征優點,設計和成了Co3O4/CeO2雜合納米結構,這種雜合催化劑表現出明顯優于純Co3O4、CeO2甚至商業化IrO2催化劑的電催化OER性能,10 mA cm-2時的過電勢為270 mV。XPS、EELS和DFT計算表明,CeO2的引入不僅增加了Co3O4/CeO2雜合結構中氧缺陷的濃度,有利于電催化性能的提升,而且在Co3O4-CeO2界面處形成了二維電子氣(2DEG),導致高的載流子濃度和快速的電子遷移(改善的導電性),因此表現出顯著提升的OER性能。

這種2DEG導致的優異的電催化OER性能目前還未見報道,因此本工作為新型先進雜合納米結構的開發提供了新的思路,具有一定的指導意義。

上述研究工作得到了國家自然科學基金、杰出青年基金、江蘇省研究生科研與實踐創新計劃等項目的支持。

  • 更新時間

    2019年05月17日

  • 閱讀量

  • 供稿

    化科院

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