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?華工/溫大ACS Catalysis：碳納米管包覆IrCo納米粒子，實現(xiàn)高效穩(wěn)定酸性水分解

電催化水分解技術(shù)可以將太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)化為清潔且可儲存的氫能，有望緩解當(dāng)今世界面臨的能源危機(jī)和環(huán)境問題。水分解包括兩個半反應(yīng)，陰極的析氫反應(yīng)(HER)和陽極的析氧反應(yīng)(OER)。質(zhì)子交換膜酸性電解槽具有產(chǎn)氣易分離、成本低、副產(chǎn)物少、質(zhì)子傳導(dǎo)率高等優(yōu)點。在酸性溶液中，高質(zhì)子濃度為HER過程提供了動力學(xué)優(yōu)勢，使其在低過電位下達(dá)到大電流。

然而，OER過程是一個惰性的四電子過程，通常需要很高的過電位來驅(qū)動電催化劑工作，而高過電位下的酸性環(huán)境會導(dǎo)致金屬基活性中心的快速溶解，從而導(dǎo)致催化劑嚴(yán)重失活。因此，設(shè)計和開發(fā)在酸性介質(zhì)中具有高活性和穩(wěn)定性的電催化劑對推動水電解技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。

基于此，華南理工大學(xué)沈葵和溫州大學(xué)錢金杰等通過簡單的金屬有機(jī)骨架模板和雙氰胺輔助熱解策略，在碳布(CC)上構(gòu)建了碳納米管包覆的IrCo合金納米粒子，形成了自支撐的雙功能電催化劑IrCo@CNT/CC。

實驗結(jié)果顯示，與多孔碳納米片負(fù)載的IrCo合金納米粒子相比，碳納米管負(fù)載的IrCo合金納米粒子具有更好的雙功能活性和穩(wěn)定性。在0.5 M H₂SO₄溶液中，IrCo@CNT/CC在10 mA cm^-2電流密度下的HER和OER過電位分別為26和241 mV。

此外，當(dāng)IrCo@CNT/CC同時作為陽極和陰極組裝的電解槽只需要1.50 V的超低電壓就可以達(dá)到10 mA cm^-2的電流密度，并且可以保持長達(dá)90 h的穩(wěn)定性。

實驗結(jié)果和理論計算表明，與純Ir和IrCo納米顆粒相比，Co摻雜IrCo合金納米顆粒提高了氫吸附自由能，加快了氫脫附生成氫氣的速率，降低了析氫反應(yīng)能壘，有利于實現(xiàn)高效析氫反應(yīng)；對于OER，Co摻雜IrCo合金納米顆粒上*OH轉(zhuǎn)化為*O的能壘降低，加快了OER反應(yīng)動力學(xué)，使得IrCo@CNT/CC催化劑具有優(yōu)異的雙功能催化活性?？偟膩碚f，該項研究為合理設(shè)計和合成碳納米管包覆的金屬合金納米粒子作為穩(wěn)定酸性水分解的高效雙功能催化劑提供了思路。

IrCo Nanoparticles Encapsulated with Carbon Nanotubes for Efficient and Stable Acidic Water Splitting. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.3c02887

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