Small Methods:原位生长的CoTe和NiTe纳米阵列 在析氧催化反应中活性位点的辨识及其析氢催化性能的评价准则

电解水是一项非常重要的产氢技术,而氢气被认为是传统化石燃料最佳的替代品。析氧反应(OER)和析氢反应(HER),作为电解水的两个半反应,决定了水裂解的整体效率。目前,研究人员已经做了许多工作来开发有效的电催化剂,从而减少过电位改善两个反应的速率。目前,最有效的OER催化剂是IrO2或RuO2,商业化的HER催化剂是Pt基贵金属。但是,贵金属高昂的成本是制约其商业化发展的主要原因。因此,开发非贵金属基电催化剂用于电解水有重要的研究意义。近年来,非贵金属OER和HER催化剂的研究已经取得了重大的进展。其中金属硫族化合物具有优异的催化性能,而碲作为一种硫族元素,具有比其他硫族化合物(如O,S和Se)更优良的内在导电性。

近日,北京化工大学曹达鹏教授(通讯作者)和程道建教授(通讯作者)在Small Methods 上成功发表 Active Site Identification and Evaluation Criteria of In Situ Grown CoTe and NiTe Nanoarrays for Hydrogen Evolution and Oxygen Evolution Reactions”的论文。论文第一作者杨柳和许昊翔博士。开发有效的非贵金属双功能析氧(OER)析氢(HER)电催化剂对于全解水是至关重要的。为此,作者通过一种简便的水热方法在泡沫镍基底上原位合成了垂直排列的CoTe和NiTe纳米阵列,(标记为CoTeNR /NF和NiTeNR / NF),并研究了该催化剂用于全解水电化学性能。结果显示CoTeNR / NF催化剂表现出优异的OER活性,在100 mA cm-2过电势仅为350 mV。同时,该催化剂也具有优异的HER活性,在202 mV过电位便可达到10mA cm-2的电流密度。通过实验表征与密度泛函理论计算相结合,揭示了CoTeNR/NF催化剂的OER活性位点来源于电化学反应过程中原位生成的CoOOH (1014) 物种。并针对碱性HER活性提出一种新的理论评估标准,即使用 H2O吸附能、H2O解离势垒和H2/OH脱附能共同作为指标。与传统的单变量H吸附能作为评价标准相比,新的评价准则更加准确和完善,能够更有效地评估催化剂的碱性HER活性。