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中空纳米笼NixCo1-xSe: 高效锌空气电池和全水分解催化剂: nanomicrolett 2019-5-6 21:50; Hollow Nanocages of Ni x Co 1-x Se for Efficient Zinc-Air Batteries and Overall Water Splitting Zhengxin Qian, Yinghuan Chen, Zhenghua Tang, Zhen Liu, Xiufang Wang, Yong Tian and Wei Gao Nano-Micro Lett. (2019) 11: 28 https://doi.org/10.1007/s40820-019-0258-0 华南理工大学唐正华课题组联合广东药科大学田勇课题组、高伟课题组首次对硒化镍钴进行形貌功能导向设计，制备了具有中空纳米笼结构的Ni x Co 1 -x Se材料。首先以立方体Cu 2 O为模板，通过HSAB(Pearson’shard and soft acid−base)原理制备了纳米笼Ni x Co 1-x (OH) 2 前驱体，最后通过水热步骤进行硒化处理，制备了Ni x Co 1-x Se中空纳米笼。通过调控不同过渡金属原子比例，进一步优化了其电催化性能。通过实验和理论计算发现，Ni 0.2 Co 0.8 Se具有优异的OER，HER和ORR性能，作为可充与全固态锌空电池和全水分解催化剂时，表现出了良好的循环寿命和优于Pt/C+RuO 2 的水分解性能。本文亮点 1 提出了一种简便的制备Ni x Co 1 -x Se中空纳米笼的方法，并对其形成机理进行了明确的解析。 2 Ni 0.2 Co 0.8 Se在可充和全固态锌空气电池测试以及全水分解方面具有优异的性能，超过了Pt/C+RuO 2 催化剂。 3 模拟了氢在Ni x Co 1-x Se上的吸附，并计算了其吉布斯吸附自由能。研究背景锌空气电池（ZAB ）全水分解（Overall Water Splitting）锌空气电池（ZAB）和全水分解（Overall Water Splitting）是目前广受关注的可行的绿色能源技术。锌空气电池具有高的理论能量密度、性价比高和环境友好等优点，全水分解可制备高纯氢气。析氧反应(OER)和氧还原反应(ORR) 析氧反应(OER)和氧还原反应(ORR)是锌空电池空气电极上的关键可逆反应，它们在很大程度上决定了锌空电池的能量转换效率，而析氧反应(OER)与析氢反应(HER)是催化全水分解的两个半反应。铂基材料铂基材料是目前最好的ORR与HER反应催化剂，而IrO 2 ，RuO 2 是公认的高效OER催化剂。然而，这些材料的大规模商业化应用都因贵金属的稀缺性、高成本和稳定性不佳而受到极大的阻碍。因此，研究开发新型高效，廉价，稳定性高的双功能催化剂用于锌空电池和全水分解很有必要。过渡金属硫族化合物(TMCs) 过渡金属硫族化合物(TMCs)由于其易得、低成本、对环境友好等优点，近年来受到了越来越多的关注。特别是，相对于氧或硫，硒本身就有一定的金属性(导电性)使得过渡金属硒化物电催化性能也更好。过渡金属硒化物过渡金属硒化物在电催化领域已经多有报道。硒化钴，硒化镍，硒化铁钴，硒化铁镍尤其是硒化镍钴等都被用于了催化ORR，OER，HER等反应并表现出了良好的性能。在过渡金属合金中，镍和钴具有很好的合金化效应，因而硒化镍钴被制备成纳米杆，三维纳米片等用于OER，HER与全水分解等，但是其性能表现一般，稳定性也有待提升。主要是这些结构没有足够的活性位点的暴露，另外镍钴的比例也没有很好的优化使得合金化效应达到最大，这样最终也无法建立起硒化镍钴的结构参数与催化性能的构效关系。图文导读中空纳米笼 Ni 0.2 Co 0.8 Se 的结构和形貌 TEM图清晰的显示了Ni 0.2 Co 0.8 Se的中空立方体结构，保留了氢氧化物的富边缘结构，且完全没有团聚现象。中空富边缘结构不仅促进了电化学传质效应且能增强电催化活性，高的比表面积暴露了更多的活性位点。 HR-TEM的晶格间距与XRD数据相对应，元素分布图显示Ni, Co, Se元素分布均匀，验证了中空纳米笼Ni 0.2 Co 0.8 Se的成功制备。图2（a,b）TEM图；（c）HR-TEM图；（d, e, f, g）元素分布图。 👇 Ni 0.2 Co 0.8 Se用于锌空电池的性能测试 Ni 0.2 Co 0.8 Se用作可充电锌空电池阴极材料时，恒流充放电曲线展现出优异的稳定性，50个小时的充放电几乎没有衰减趋势，且优于PtC+RuO 2 的功率密度。全固态锌空电池的恒流充放电曲线，功率密度曲线也展现了其优异的稳定性，高的功率密度（223.5 mW/cm 2 ），以及较高的开路电压（1.428 V）。图5可充电锌空电池和全固态锌空电池性能：（a）可充电锌空电池的恒流充放电循环曲线；（b）充放电极化曲线；（c）功率密度；（d）全固态锌空电池的结构示意图；（e）全固态锌空电池充放电循环曲线；（f）充放电极化曲线；（g）功率密度；（h）开路电压；（i）全固态锌空电池点亮LED灯电路板。 👇 N i 2 Co 0.8 Se用于全水分解测试图6显示了Ni 0.2 Co 0.8 Se用于全水分解时的优异性能，极化曲线展现了低于PtC+RuO 2 的电压（V）。水分解稳定性测试也表现良好，插图为电极上析出的氢气和氧气。图6 Ni 0.2 Co 0.8 Se整体水裂解测试图：（a）两电极系统用于整体水裂解的极化曲线；（b）电流密度10 mA cm -2 对应的电压下的稳定性测试。作者简介唐正华（本文通讯作者）副教授华南理工大学环境能源学院主要研究方向：贵金属纳米团簇的精准控制合成以及催化应用；面向燃料电池与金属空气电池的新型高效电催化剂的开发与应用 E-mail: zhht@scut.edu.cn 主页链接： http://www2.scut.edu.cn/cese/2019/0319/c1530a310771/page.htm 田勇（本文通讯作者）教授广东药科大学药学院主要研究方向：环境响应有序介孔炭/生物大分子蛋白药物微系统的制备及可控释放规律研究。 E-mail: tian_yong_tian@163.com 高伟（本文通讯作者）教授广东药科大学药学院主要研究方向：碳基材料的制备与载药性能研究，密度泛函理论计算等。 E-mail: gygaowei@126.com 钱政鑫（本文第一作者）硕士研究生广东药科大学主要研究方向：电催化，锌空电池及水分解等 E-mail: tonysmith10@yeah.net 相关阅读往期回顾 👇 单相双金属镍钴硫化物：锌空电池阴极材料及水裂解电催化剂关于我们 Nano-Micro Letters是上海交通大学主办的英文学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯，在Springer开放获取（open-access）出版。可免费获取全文，欢迎关注和投稿。 E-mail： editorial_office@nmletters.org Tel： 86-21-34207624; 5364 次阅读|0 个评论

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