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中矿大信控学院荆胜羽副教授在国际顶级期刊Advanced Materials上发表论文

作者:李响 刘莹 来源:中国矿业大学 发布时间:2019-02-08

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近日,我校信控学院荆胜羽副教授第一作者、中国矿业大学为第一单位在国际顶级期刊Advanced Materials上发表了题为Carbon-encapsulated WOx hybrids as efficient catalysts for hydrogen evolution》(碳包覆氧化钨高效析氢催化剂)论文)。Advanced Materials是材料领域的国际权威性学术刊物,2017-2018年最新影响因子为21.95

氢燃料具有高能量密度和零排放二氧化碳的优点,是目前能源领域的研究热点之一。利用可再生能源(如风能和太阳能等)产生的电力进行电解水制氢不仅能够提供高纯度的氢气,而且整个过程环境友好、可循环再生。然而,电解水制氢的实际电位与理论电位存在较大的差距,需要降低析氢反应(HER)的过电势来提高电解水制氢的能量转换效率。大量研究表明,中等强度的Pt-H键能可以相对容易地吸附/脱附氢,因而Pt或Pt基催化剂表现出优异的HER性能。但铂等贵金属的稀缺性和高成本在一定程度上限制了其实际应用,因而开发具有良好导电性、高催化活性和高稳定性的非贵金属催化剂对于降低电解水制氢的成本十分重要。

本研究通过吡啶原位聚合和高温碳化合成了碳包覆氧化钨(WOx@C/C)复合析氢催化剂,实验结果表明,900°C下制备的金属负载量为40%的WOx@C/C-2-900具有优异的催化活性。在0.5 M 硫酸水溶液中,电流密度达到60 mA cm-2时的过电位仅为36 mV,塔菲尔斜率为19.17 mV dec-1,性能与商业Pt/C接近,并且具有优异的电化学稳定性。采用密度泛函理论(DFT)计算了CW、CO、CW-O和CR等活性点氢吸附的吉布斯自由能(ΔGH*),结果表明碳包覆结构在调控ΔGH*方面起着关键作用,碳层和WO3之间的协同效应进一步提升了其催化性能。实验与理论计算结果表明,该材料具有优异的“类铂”催化特性,具有良好的应用前景。这种碳包覆金属氧化物的设计思路为高性能的非贵金属催化剂的研发提供了一条新的途径。


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