为了解决能源危机、污染问题，实现可持续发展，能源科学家们把目标集中到了清洁能源氢能源的生产与应用，而电解水产氢是最重要的生产途径，它涉及到析氢和析氧两大重要反应。在酸性条件下，由于氢离子的浓度高，反应速度快，有着良好的动力学过程，但需要Pt、Ru和Ir等贵金属和其氧化物催化剂，因此，限制了其大规模的工业生产。本实验用泡沫镍为基底，在基地上水热合成钒、钼共掺杂的碳酸钴非贵金属复合氧化物纳米纸构成电极，在碱性条下，电催化分解水，既可以催化析氢反应又可以催化析氧反应，取得了良好的结果，并具有很强的实用性。
- 图文摘要：该图介绍了电解水的电极组成以及电解水的过程。在1.0 Ｍ KOH溶液中电解水，在电流密度为10和100 mA/cm2时的分解电压。
为了降低催化剂成本并增加电极的导电性，本文在泡沫镍基底上一步水热法合成钒、钼共掺杂的碳酸钴纳米纸，构成电极。典型的合成方法：将一片3 × 1 × 0.1 cm3的泡沫镍，在1.0 M HCl中经超声洗涤15 min.，然后用去离子水、乙醇洗涤几次真空干燥８小时。将15 mL去离子水，0.18 g NH4VO3，0.15 g (NH4)2MoO4，0.18 g CoCl2⋅6H2O，0.90 g NaOH和1.00 g CH4N2O (尿素) 加入100 mL的烧杯中，再添加上述泡沫镍，超声5 min.，再添加1.00 g (NH4)2S2O8，搅拌12 h后转移至25 mL的带有特氟隆内衬的水热反应釜中，150 ℃处理10 h。取出泡沫镍片，用去离子水洗涤，在60 ℃下真空干燥10 h。通过化学成分调制与形貌控制获得优异的性质。
- 图1. VMoCoCOx@NF制备过程的示意图。
- 图2. (A) VCoCOx@NF，VMoCoCOx@NF，MoO3，CoCO3，V2O5和Ni的XRD图；从泡沫镍上剥离的VMoCoCOx的TEM (B) 和HRTEM图像 (C)。VMoCoCOx@NF表面上元素成分映射图：(D) V，(E) Co和 (F) Mo；VMoCoCOx@NF的SEM图：(G) 500 μm，(H) 50 μm和 (I) 10 μm。
- 图3. (A) VMoCoCOx@NF||VMoCoCOx@NF, Pt/C@NF||RuO2@NF和NF||NF双电极电解池的极化曲线；(B) 在电流密度为10和100 mA cm−2下，VMoCoCOx@NF||VMoCoCOx@NF和Pt/C@NF||RuO2@NF的过电位的比较；(C) VMoCoCOx@NF||VMoCoCOx@NF在电解120小时前后的极化曲线；插图是该电解池；(D) 在电流密度为10和100 mA cm−2下，计时电位分析。
本研究是在泡沫镍基片上控制生长V和Mo共掺杂的碳酸钴纳米纸电极VMoCoCOx@NF，通过V/Mo/Co的成分控制优化出适用于催化析氢与析氧反应的电极。用VMoCoCOx@NF作为阴阳极的电解池，在1.0 M KOH电解液中，在电流密度为10和100 mA cm−2下，全电解水的分解电压分别为1.54和1.61 V，而且经过120小时的稳定测试，几乎不变，因此具有很高的应用价值。
原文出自Molecules 期刊：
Wang, W.; Xu, L.; Ye, R.; Yang, P.; Zhu, J.; Jiang, L.; Wu, X. Molybdenum and Vanadium-Codoped Cobalt Carbonate Nanosheets Deposited on Nickel Foam as a High-Efficient Bifunctional Catalyst for Overall Alkaline Water Splitting. Molecules 2024, 29, 3591. https://doi.org/10.3390/molecules29153591Molecules 期刊介绍期刊发表化学各学科领域的基础、应用以及交叉学科研究的原创性、首创性成果，主题涵盖有机化学、无机化学、药物化学、材料化学、分析化学、应用化学、天然产物化学、食品化学、物理化学、生物化学、计算与理论化学、光电化学、交叉化学、绿色化学等。目前已被SCIE (Web of Science)、Scopus、PubMed、MEDLINE、PMC、Reaxys、Embase、CaPlus/SciFinder等数据库收录。
- 2024 Impact Factor: 4.6
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