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南大劉建國(guó)/李佳Small: 廉價(jià)且高效！具有原子分散、低配位Co-N位點(diǎn)的碳納米管用作HER電催化劑

使用可再生電力生產(chǎn)的氫氣被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)低碳能源經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵。然而，電化學(xué)水分解用于析氫的大規(guī)模應(yīng)用在目前需要昂貴的鉑基催化劑，這限制了電解水析氫的實(shí)際應(yīng)用。因此，基于豐富的過渡金屬儲(chǔ)量作為替代品，開發(fā)高效穩(wěn)定的催化劑非常重要。

近日，南京大學(xué)劉建國(guó)、李佳等通過簡(jiǎn)單混合、熱解和廉價(jià)前體的浸出制備了一種碳納米管材料，該材料富含具有獨(dú)特的低配位數(shù)的原子分散Co-N位點(diǎn)，以降低用于析氫的催化劑的成本。

最優(yōu)的Co納米管樣品Co-900-A具有豐富的低配位Co-N位點(diǎn)，其在酸性條件下具有優(yōu)異的HER催化性能。具體而言，在0.5 M H₂SO₄中，Co-900-A在10 mA cm^-2電流密度下的過電位僅為82 mV，Tafel斜率為59.32 mV dec^-1。

此外，它還具有長(zhǎng)期耐久性，在加速耐久性測(cè)試(ADT)中，Co-900-A的性能在前35k個(gè)周期內(nèi)不會(huì)下降。除了水分解外，Co-900-A在氧還原反應(yīng)(ORR)中的表現(xiàn)優(yōu)于Pt/C。在堿性條件下Co-900-A具有0.878 V_RHE的高半波電位和57.06 mV dec^-1的低Tafel斜率。

密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，與具有相似結(jié)構(gòu)Fe/Ni-N₂或高配位Co-N₃/N₄位點(diǎn)相比，Co-900-A的高活性可歸因于位于兩個(gè)石墨烯邊緣和缺陷內(nèi)較小的Co-N₂位點(diǎn)具有小的|ΔG_H*|。

因此，這種具有原子分散的、低配位的Co-N位點(diǎn)的碳納米管可以促進(jìn)可再生能源的發(fā)展，特別是能夠降低催化劑成本。同時(shí)，這項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)SACs鋪平了新的道路。此外，也期待未來發(fā)展包含其他類型低配位金屬-N₂位點(diǎn)的碳納米管的獨(dú)特應(yīng)用。

Atomically Dispersed, Low-Coordinate Co-N Sites on Carbon Nanotubes as Inexpensive and Efficient Electrocatalysts for Hydrogen Evolution. Small, 2021.11. DOI: 10.1002/smll.202105335

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2023/10/17/1c7dfcbabc/

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